L'objectif de ce travail de thèse a été d'évaluer, à partir d'outils de caractérisation électrique (spectroscopie d'impédance basse fréquence et courants thermo-stimulés), l'impact des étapes de polissage mécanochimique (CMP) et de recuits thermiques sur les propriétés diélectriques de matériaux utilisés pour les dernières générations de circuits intégrés. Une première partie est focalisée sur le matériau SiOCH poreux déposé par voie chimique " en phase vapeur " assisté par plasma (PECVD) suivant une approche porogène (p=26%, d=2nm et er=2,5). Son intégration dans les technologies 45nm nécessite l'utilisation d'un procédé de 'CMP directe' qui induit une dégradation des propriétés isolantes attribuée à l'adsorption de surfactants et de molécules d'eau. L'analyse diélectrique sur une large gamme de fréquence (10-1Hz- 105Hz) et de température (-120°C -200°C) a mis en évidence plusieurs mécanismes de relaxation diélectrique et de conduction liés à la présence de molécules nanoconfinées (eau et porogène) dans les pores du matériau. L'étude de ces mécanismes a permis d'illustrer le phénomène de reprise en eau du SiOCH poreux ainsi que d'évaluer la capacité de traitements thermiques à en restaurer les performances. Une seconde partie concerne l'étude d'une résine époxy chargée avec des nanoparticules de silice, utilisée en tant que 'wafer level underfill' dans les technologies d'intégration 3D. Les analyses en spectroscopie d'impédance ont montré que l'ajout de nanoparticules de silice s'accompagne d'une élévation de la température de transition vitreuse et de la permittivité diélectrique, ainsi que d'une diminution de la conductivité basse fréquence. L'autre contribution majeure des mesures diélectriques a été de montrer qu'un refroidissement trop rapide de la résine à l'issue de la réticulation était responsable d'une contrainte interne qui pourra occasionner des problèmes de fiabilité pour l'application.

Les transistors mono-électroniques (SETs) sont des dispositifs ayant un grand potentiel d'applications, comme la détection de charge ultra-sensible, la logique à basse consommation de puissance, la mémoire ou la métrologie. De plus, la possibilité de piéger un seul électron et de manipuler son état de spin pourrait permettre des applications en informatique quantique. Le silicium est un matériau intéressant pour fabriquer l'îlot d'un SET. Son gap semi-conducteur permet le fonctionnement du dispositif dans le régime à un seul électron ou trou et pourrait permettre d'étendre la plage d'opération du SET en température en augmentant l'énergie d'addition du diamant central de la valeur du gap. En outre, le silicium bénéficie de plus de quarante années d'expertise en microfabrication et d'une compatibilité avec la technologie métal-oxyde-semi-conducteur complémentaire (CMOS). Cependant, la fabrication de ces dispositifs fait face à de sérieuses limitations à cause de la taille nanométrique requise pour l'îlot. À ce jour, les procédés de fabrication proposés permettant l'opération à la température ambiante sont trop peu reproductibles pour permettre des applications à grande échelle. Dans ce mémoire de maîtrise, la fabrication de transistors mono-électroniques en silicium (Si-SETs) pour le traitement classique et quantique de l'information est réalisée avec un procédé nanodamascène. Le polissage chimico-mécanique (CMP) est introduit comme étape clef de la fabrication du transistor, permettant le contrôle au nanomètre près (nanodamascène) de l'épaisseur du transistor. Cet outil permet la fabrication de dispositifs ayant une géométrie auparavant impossible à réaliser et ouvre la porte à l'innovation technologique. De plus, un procédé de gravure du silicium par plasma à couplage inductif (ICP) est développé pour permettre la fabrication de nanostructures de silicium sur une nanotopographie alliant le nano et le 3D. Les Si-SETs fabriqués sont caractérisés à basse température et démontrent du blocage de Coulomb avec une énergie de charge de plus de 100 meV, soit quatre fois la température ambiante. De plus, le régime à un seul électron et les effets quantiques du confinement dans ce régime sont observés. Pour la première fois, le gap complet du silicium et les premiers diamants sont mesurés sur un dispositif fabriqué avec un procédé reproductible et industrialisable. Le diamant central voit son énergie d'addition augmentée de la valeur du gap du silicium, pour un total de plus de 1200 meV, soit 46 fois la température ambiante. Cette caractéristique pourrait ouvrir la porte à des applications en logique basse puissance dans un mode de transport à plusieurs électrons laissant circuler dix fois plus de courant dans l'état ouvert, tout en conservant le bas courant dans l'état fermé d'un SET.

Le polissage mécano-chimique (CMP) en raison de spécifications sévères, telles que l'aplanissement de la surface à ± 5 nm, est devenu un enjeu crucial pour le développement des nœuds technologiques 14 nm et au-delà. Les méthodes actuelles de caractérisation de la topographie, limitées en termes de taille de surface analysée, évaluent l'efficacité des procédés sur des structures nommées boites de mesure. Ces structures mesurent 100 µm x 50 µm et sont situées entre les circuits intégrés. Elles sont donc non représentatives de la topographie de la puce et, de ce fait, des procédés de métrologie topographique de la puce sont requis. Dans un premier temps, nous montrons que la microscopie interférométrique est capable de caractériser la nano-topographie sur des distances centimétriques avec une résolution latérale micrométrique. La caractérisation par microscopie interférométrique de la nano-topographie induite par les procédés de CMP montre que les méthodes actuelles fournissent des valeurs topographiques non représentatives de la puce. Une méthodologie associée à ce nouveau type de caractérisation est proposée et discutée. Dans un deuxième temps, nous montrons que la diffusion de la lumière permet un contrôle rapide (trois minutes par plaques) et non destructif de variations nanométriques de la topographie de grilles de quelques dizaines de nanomètres de large sur toute la plaque.

Dans la fabrication de cellules photovoltaïques en silicium, certaines étapes cruciales utilisant des procédés humides pourraient être remplacées par des procédés secs. En effet des gains significatifs de rendement de conversion peuvent être obtenus avec la texturisation, le polissage de la face arrière et la gravure du BRL (Boron Ritch layer) par plasma. Cette thèse présente le développement d'un procédé de texturisation par voie sèche adapté au silicium multicristallin et monolike hybride (mono-multi). Pour cela un réacteur plasma de type direct a été conçu et breveté par la société SEMCO ENGINEERING. Ces travaux se divisent en trois parties distinctes. Tout d'abord la technique de texturisation par plasma, l'optimisation des paramètres du réacteur et les avantages de cette dernière par rapport à la texturisation classique ont été abordés. Le développement d'un réacteur compatible avec une ligne industrielle est ensuite abordé : optimisation des différents paramètres du réacteur afin d'obtenir les meilleurs résultats cellules. Enfin d'autres applications ont été démontrées possibles avec l'utilisation de notre réacteur, avec notamment le polissage de la face arrière des wafers de silicium et de la gravure du BRL (Boron Ritch Layer) sur des substrats de type n. La comparaison des résultats avec celles humides nous a montrée des résultats très encourageants. A terme, une amélioration du rendement de conversion de l'ordre de 0,2 à 0,3% a été obtenue sur du silicium multicristallin et du monolike et une amélioration esthétique des cellules sur panneau solaire avec notre technique de texturisation plasma. Ces résultats permettent de démontrer la compatibilité de l'utilisation de cet équipement dans une ligne industrielle de fabrication de cellule solaire. Mots-clés : Cellules solaire, Silicium multicristallin, monolike hybride, procédés plasma, polissage, BRL (Boron Ritch Layer). / A significant efficiency gain for crystalline silicon solar cell can be achieved by the use of dry process. Indeed significant gains in conversion efficiency can be achieved with texturing, polishing the back face and burning the BRL (Boron Ritch layer) by using plasma process.In this paper Dry plasma processing for industrial crystalline silicon solar cell was studied.This thesis focuses on the replacement of wet processes by dry processes in the manufacture of silicon photovoltaic cells. This work is divided into three distinct parts. First Technique texturing plasma, parameter optimization of the reactor and the advantages thereof with respect to the conventional texturing has been discussed. The development of a compatible with an industrial line reactor is then discussed: optimizing different parameters of the reactor in order to obtain the best results cells. Other possible applications have been demonstrated with the use of our reactor, including polishing the backside of silicon wafers and etching BRL (Boron Ritch Layer) on n-type substrates.An improvement of the conversion efficiency on the order of 0.2 to 0.3 % has been demonstrated on multicristalline and monolike silicon wafers and Aesthetic of solar panel was improved. Key words: Silicon wafer, Plasma texturing, multicristalline wafer, monolike wafer……………

Ce mémoire traite du développement d'un procédé de polissage ultrasonique de moule employant un outil de polymère. Cette méthode consiste à faire vibrer à haute fréquence un outil baignant dans un fluide abrasif près de la pièce à polir. Quelques méthodes de polissage sont présentées pour permettre d'expliquer la raison de la recherche d'une nouvelle méthode. Une analyse par éléments finis vérifie le comportement de l'outil par l'étude de ses fréquences de résonance, de son amplitude de vibration et de sa déformation lors de la vibration ultrasonique. Des expériences sont réalisées en trois temps afin de vérifier le potentiel du procédé, puis pour valider s'il permet le polissage jusqu'à un fini de type miroir et finalement pour étudier les paramètres ou combinaisons de paramètres ayant le plus d'effet sur le procédé. Finalement, des observations sur le polissage permettent de tirer des conclusions complémentaires concernant le procédé.

La réalisation de formes complexes comme les moules ou les prothèses médicales nécessite l’utilisation d’opérations de super finition pour obtenir de faibles défauts géométriques, pouvant aller jusqu’au poli-miroir. Ces opérations de pré-polissage et de polissage sont encore régulièrement réalisées manuellement. En effet, malgré des avantages en termes de répétabilité, de productivité et de qualité géométrique, les méthodes de polissage automatique sont peu utilisées car elles nécessitent une mise au point importante. Les travaux de recherche présentés participent à la maîtrise du procédé de polissage automatique tout en contrôlant la qualité géométrique des pièces. Pour parvenir à cette maîtrise, un outil de simulation de l’enlèvement de matière est mis en place. Cet outil permet de simuler l’enlèvement de matière au cours d’une opération de prépolissage réalisée sur centre d’usinage 5 axes. Il se base sur un modèle du contact obtenu entre l’outil de pré-polissage et la pièce, ainsi que sur un modèle du pouvoir abrasif intégrant l’usure et l’encrassement du disque. Cette simulation permet de vérifier la régularité de l’abrasion sur une surface et d’identifier les zones pouvant faire apparaitre des défauts macro-géométriques importants. Une méthode est également proposée pour compenser les variations du pouvoir abrasif au cours du temps. La compensation s’effectue en optimisant les consignes de vitesse d’avance et/ou de fréquence de broche le long de la trajectoire. Cette méthode de pilotage permet d’obtenir un taux d’enlèvement de matière plus constant et ainsi de réduire les défauts géométriques générés pendant une opération de prépolissage. / Complex shapes such as medical implants or injection molds require the use of super-finishing operations to minimize geometrical defects, down to mirror effect finish. These pre-polishing and polishing operations are still regularly performed manually by skilled workers. In spite of advantages in terms of repeatability, productivity and geometrical quality, automatic polishing methods are not widely used because they require systematic and significant developments. The present work contributes to enhance the automatic polishing process compared to the geometric quality of the parts. To achieve this control, a numerical simulation of material removal is implemented. This software simulates the material removal during a pre-polishing operation performed on 5-axis machining center. It is based on a contact model obtained between the pre-polishing tool and the part, as well as an abrasive model including wear of the disc. This simulation allows to check the uniformity of the material removal on the surface and to identify potential areas where macro-geometric defects appear. A method is also proposed to balance variations of the abrasive efficiency. The correction is performed by optimizing the federate and/or the spindle speed along the tool path. This method provides a constant material removal and reduces the geometrical deviations generated during pre-polishing operations.

La réalisation de formes complexes comme les moules ou les prothèses médicales nécessite l'utilisation d'opérations de super finition pour obtenir de faibles défauts géométriques, pouvant aller jusqu'au poli-miroir. Ces opérations de prépolissage et de polissage sont encore régulièrement réalisées manuellement. En effet, malgré des avantages en termes de répétabilité, de productivité et de qualité géométrique, les méthodes de polissage automatique sont peu utilisées, car elles nécessitent une mise au point importante. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire participent à la maîtrise du procédé de polissage automatique tout en contrôlant la qualité géométrique des pièces. Pour parvenir à cette maîtrise, un outil de simulation de l'enlèvement de matière est mis en place. Cet outil permet de simuler l'enlèvement de matière au cours d'une opération de prépolissage réalisée sur centre d'usinage 5 axes. Il se base sur un modèle du contact obtenu entre l'outil de pré-polissage et la pièce, ainsi que sur un modèle du pouvoir abrasif intégrant l'usure et l'encrassement du disque. Cette simulation permet de vérifier la régularité de l'abrasion sur une surface et d'identifier les zones pouvant faire apparaitre des défauts macro-géométriques importants. Une méthode est également proposée pour compenser les variations du pouvoir abrasif au cours du temps. La compensation s'effectue en optimisant les consignes de vitesse d'avance et/ou de fréquence de broche le long de la trajectoire. Cette méthode de pilotage permet d'obtenir un taux d'enlèvement de matière plus constant et ainsi de réduire les défauts géométriques générés pendant une opération de prépolissage.

La réalisation de formes complexes comme les moules ou les prothèses médicales nécessite l'utilisation d'opérations de super finition pour obtenir de faibles défauts géométriques, pouvant aller jusqu'au poli-miroir. Ces opérations de pré-polissage et de polissage sont encore régulièrement réalisées manuellement. En effet, malgré des avantages en termes de répétabilité, de productivité et de qualité géométrique, les méthodes de polissage automatique sont peu utilisées car elles nécessitent une mise au point importante. Les travaux de recherche présentés participent à la maîtrise du procédé de polissage automatique tout en contrôlant la qualité géométrique des pièces. Pour parvenir à cette maîtrise, un outil de simulation de l'enlèvement de matière est mis en place. Cet outil permet de simuler l'enlèvement de matière au cours d'une opération de prépolissage réalisée sur centre d'usinage 5 axes. Il se base sur un modèle du contact obtenu entre l'outil de pré-polissage et la pièce, ainsi que sur un modèle du pouvoir abrasif intégrant l'usure et l'encrassement du disque. Cette simulation permet de vérifier la régularité de l'abrasion sur une surface et d'identifier les zones pouvant faire apparaitre des défauts macro-géométriques importants. Une méthode est également proposée pour compenser les variations du pouvoir abrasif au cours du temps. La compensation s'effectue en optimisant les consignes de vitesse d'avance et/ou de fréquence de broche le long de la trajectoire. Cette méthode de pilotage permet d'obtenir un taux d'enlèvement de matière plus constant et ainsi de réduire les défauts géométriques générés pendant une opération de prépolissage.

Cette thèse porte sur l’amélioration de la résistance au flux laser de la surface descomposants optiques en silice en régime nanoseconde. Ce matériau est utilisé sur lesinstallations de laser de puissance telles que le Laser Mégajoule. Pour augmenter la durée de viedes composants optiques et garantir le fonctionnement nominal de cette installation,l’endommagement laser doit être maîtrisé. Il s’agit d’une dégradation irréversible de la surfacedes composants causée par l’interaction entre le faisceau laser et des défauts précurseurs. Cesderniers sont une conséquence de la synthèse de la silice puis du polissage des composants etleur présence peut être limitée par une action de traitement chimique réalisée à l’issue dupolissage qui consiste à éroder la surface de silice à l’aide d’une solution chimique. Cette érosionne doit cependant pas dégrader la qualité de la surface polie et ses propriétés optiques. Cettethèse se concentre sur la réalisation de cette étape de traitement chimique et se décompose entrois études. La première porte sur la caractérisation de la pollution induite en surface par lepolissage et sa suppression par le traitement chimique. La seconde et la troisième analysentl’impact des traitements chimiques respectivement sur les propriétés optiques de la surface etsur les rayures de polissage. Ces études nous permettent d’évaluer l’influence des différentsparamètres du traitement chimique, tels que la solution, le système de mise en oeuvre etl’épaisseur érodée, sur les performances apportées aux composants optiques. Finalement,l’ensemble de ces connaissances nous conduit à proposer un traitement chimique optimisé quiaméliore la tenue au flux des composants optiques sans dégrader leurs propriétés optiques. / In this thesis, laser-induced damage resistance improvement of fused silica opticsis investigated in the nanosecond regime. This material is used on high power laser facilitiessuch as the Laser Mégajoule. In order to improve the optics life time and to ensure the nominaloperation of this facility, laser induced damage has to be controlled. This phenomenon is anirreversible modification of the components surface because of the interaction between the laserbeam and precursors defects. These defects are a consequence of the synthesis of silica and thepolishing of the optics and their presence can be reduced by a wet etching. This process consistsin an erosion of the surface using a chemical solution however optical properties must remainunchanged. In this thesis, we focus on the wet etching process and we conduct three studies. Thefirst one is about the characterization of the polishing induced contamination and the capabilityof a wet etching to remove it from the surface. The second and the third analyzes are about theimpact of the wet etching respectively on the surface and on the scratches. These studies allowus to evaluate the influence of the wet etching parameters as the chemical solution, the systemused and the deep etched. Finally, the highlights obtained thanks to these studies enable tooptimize the wet etching process and improve the laser induced damage resistance ofcomponents without compromising their optical properties.

Le polissage est un procédé d’usinage par abrasion qui vise à établir une micro-géométrieprécise sur les surfaces de solides. Pour introduire les spécificités de ce procédé, un tourd’horizon sur l’usinage par abrasion est proposé. Il en découle les paramètres pouvantcaractériser une opération de polissage. Les études scientifiques existantes sont synthétisées etanalysés au regard des objectifs poursuivis. De manière à faire émerger une méthodologiepour établir des modèles et des bases de données dédiées au polissage, un banc expérimental aété mis en place et des essais ont été menés sur une tôle en inox 316L avec un abrasifstructuré de forme pyramidale. Une méthode de mesure de l’usure des pyramides abrasives aété mise au point. Les premiers essais ont mis en évidence la nécessité pour les grains abrasifsd’exercer sur la matière une pression supérieure à une valeur minimale. Un modèle deconsommation matière issu de la loi de Preston a été présenté et validé par des essais. L’étudepar des plans d’expériences factoriels complets des efforts induits, de la rugosité au traversdes critères proposés par la norme ISO et de la mouillabilité a permis de mettre en évidencel’influence prépondérante de la taille des grains abrasifs. Par contre, la pression exercée parles grains, leur vitesse de défilement et le taux d’usure des pyramides abrasives n’ont qu’unrôle secondaire sur ces critères. Ces résultats constituent de précieuses indications pour lesbureaux des méthodes devant établir des gammes de polissage. / The polishing is a process of manufacturing by abrasion which aims at establishing a precisemicro-geometry on the surfaces of solids. To introduce the specificities of this process, anoverview on the manufacturing by abrasion is proposed. As a result, the parameters which cancharacterize an operation of polishing are identified. The existing scientific studies aresynthesized and analysed with regard to the pursued objectives. For the testing, an experimenttest bench was developed. The proposed methodology is applied on the polishing process ofthe AISI 316L using pyramidal abrasive belts. A measurement method of the abrasivepyramids wear is finalized. A method of measuring the abrasive pyramids wear is provided. Aremoving material rate model based on the Preston's law is presented and experimentallyvalidated. A study based on the design of experiment is conducted using as output the cuttingforces, the roughness and the wettability criteria. The results point out the dominatinginfluence of the size of the abrasive grains. On the other hand, the study indicates the fact thatthe applied pressure on the abrasive grains, the belt speed and the abrasive level do not playan important role on the previously cited characteristics. On the other hand, the studyhighlights that the applied pressure on the abrasive grains, the belt speed and the abrasivelevel do not have a significant effect on the previously cited characteristics. These resultsconstitute valuable indications for the industrial polishing process optimization.