Avec la miniaturisation des composants CMOS, l'utilisation du polysilicium comme matériau de grille est aujourd'hui remise en cause. L'insertion d'une couche métallique entre le diélectrique de grille et le polysilicium est alors indispensable mais nécessite le développement de nouveaux procédés de gravure plasma. L'objectif de ce travail est de proposer un procédé de gravure plasma pour la gravure des métaux W et WN dans un empilement polysilicium/TiN/W(WN)/high-k (matériau à haute permittivité diélectrique). <br />La première étape a donc consisté à caractériser les matériaux de départ en distinguant la caractérisation avant et après intégration dans l'empilement de grille. Les différences révélées à travers cette première étude ont imposé deux stratégies de gravure différentes. Nous proposons une solution en gravant le WN en Cl2/O2 et le W en Cl2/O2/NF3. Cette solution permet une gravure verticale du métal sans dégrader l'intégralité de la grille et le diélectrique sous-jacent.<br />Le deuxième volet de ce travail a consisté à comprendre de manière approfondie les mécanismes de gravure du W et du WN dans les chimies à base de Cl2/O2. Les aspects étudiés sont les interactions plasma/surface, la composition des plasmas de type Cl2/O2, les couches de passivation qui se forment sur les flancs des motifs gravés et l'état de surface des parois du réacteur.

Les récents concepts de la nanophotonique et les progrès considérables des procédés de réalisation de la microélectronique devraient conduire à l'émergence de nouvelles générations de composants optiques. L'objectif de cette thèse est ainsi de proposer des filtres optiques innovants, répondant aux besoins des communications spatiales à 0.85 µm, et susceptibles de lever les limitations des filtres usuels, en particulier en termes de largeur spectrale, sensibilité à la polarisation, fonctionnement en incidence oblique et ajustement spectral. Le travail de thèse porte sur la conception, fabrication et caractérisation de filtres à réseaux résonants associant un empilement multicouche et une nanostructuration de surface bidimensionnelle. A partir de la modélisation électromagnétique de la structure, une méthodologie de conception est développée et permet d'établir les paramètres caractéristiques de la maille photonique. Un procédé de fabrication comportant les étapes de dépôt de couches minces, lithographie électronique et gravure sèche est mis au point. Les composants fabriqués présentent des caractéristiques qui sont à l'état de l'art en incidence normale (largueur spectrale de 0.4 nm, réflexion à la résonance de 55%...) et en incidence oblique à ~60° (largeur spectrale < 0.8 nm, indépendance à la polarisation, accordabilité). L'aspect générique du procédé de réalisation et des performances obtenues permettent de considérer que ces filtres seront d'excellents candidats pour remplacer les filtres multi-couches conventionnels. De plus, la compatibilité de leur procédé de fabrication avec ceux de la microélectronique ouvre la voie à des fonctions optiques intégrées avancées.

Dans le domaine de l'inspection visuelle automatique de circuits intégrés, le contraste des images est un paramètre important. La méthode d'optimisation proposée utilise l'effet des variations de réflexion optique en fonction de la longueur d'onde pour les structures de couches minces. Elle consiste a déterminer le filtrage en longueur d'onde optimisant un "facteur de qualité" de l'image (taux de la dynamique de la camera) à partir des spectres de réflexion des différentes structures présentés sur la plaquette. L'étude est limitée au cas des circuits intégrés à 2 structures, mais l'extension a un nombre quelconque est possible. Les différents moyens d'obtention des spectres de réflexion sont précisés. Des mesures photométriques démontrent la fiabilité de la méthode proposée. Un appareillage optique original permet l'application dans le cadre d'une machine d'inspection automatique

Ce travail de thèse s'inscrit dans le contexte de miniaturisation des transistors MOS afin de mener la technologie CMOS à ces dimensions ultimes.<br /> Avec les techniques actuelles de fabrication et pour des longueurs de grille de transistor inférieures à 30nm, les variations moyennes de la longueur de grille, appelées rugosité de bord, entraînent des fluctuations électriques dans le transistor inacceptables pour le bon fonctionnement des futures générations de dispositifs. Il convient donc de contrôler ce paramètre afin de le réduire. Pour réussir ce défi technologique, il est essentiel de le mesurer avec précision afin, par la suite, de comprendre ses origines et son évolution après chaque étape technologique de fabrication. <br /> Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la mesure la rugosité de bord, à l'aide d'un nouvel équipement de métrologie : le microscope à force atomique en trois dimensions. Nous avons évalué les capacités de cet outil et déterminé un protocole de mesure de la rugosité de bord, qui nous a permis ensuite d'étudier ses origines et d'étudier son évolution lors des différentes étapes technologiques de fabrication d'une grille de transistors MOS. Nous avons remarqué que la formation de la rugosité de bord est un problème complexe qui fait intervenir de nombreux facteurs fortement liés entre eux. Par la suite, nous montrons que le bombardement ionique d'un procédé de gravure plasma est responsable de la diminution de la rugosité de bord de la résine. Nous avons également mis en évidence que la rugosité de bord du masque avant la gravure de la grille est un paramètre clé pour le contrôle de la rugosité de la grille finale.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des recherches avancées pour l'élaboration de la grille en silicium amorphe, pour les applications CMOS sub-0,1 µm. Cette étude a été menée sur la plate-forme de gravure du CNET, équipée de différents outils de caractérisation installés in situ. Dans un premier temps, nous avons développé un procédé de gravure à base de HBr/O2 permettant d'assurer une bonne anisotropie de gravure tout en ne générant aucun perçage de l'oxyde de grille très mince (< 2 nm). Au cours de l'optimisation de ce procédé, nous avons observé une augmentation de l'épaisseur de l'oxyde de grille. Grâce à différentes techniques d'analyses, nous avons montré que cette augmentation d'épaisseur est due à une oxydation et une amorphisation partielle du substrat de silicium sous l'oxyde de grille. Le deuxième volet de ce travail a porté sur une étude physico-chimique de la couche de passivation formée sur les flancs de la grille. Cette couche permet d'assurer l'anisotropie de gravure en bloquant toute gravure latérale. Par des analyses XPS, nous avons montré qu'elle se forme dès l'étape de gravure principale. Elle est constituée d'un 'sous' oxyde de silicium bromé. Pendant l'étape de surgravure, cette couche se densifie par substitution du brome par des atomes d'oxygène. Nous avons également montré que sa formation dépend fortement de la chimie utilisée, de l'énergie des ions, de la durée de la surgravure et de la dilution en oxygène. Des observations au microscope électronique à transmission ont révélé que cette couche est plus épaisse au sommet qu'au pied de la grille, favorisant ainsi l'apparition de défaut sous forme d'encoche au pied de la grille, le 'notching'.

À partir des noeuds technologiques 45nm, les lignes métalliques des interconnexions des composants microélectroniques sont isolées entre elles par des matériaux diélectriques à faible permittivité (SiOCH poreux). Ces matériaux poreux sont sensibles aux procédés de fabrication et leur dégradation doit être minimisée afin de conserver de bonnes performances électriques et mécaniques. De plus, la réduction des dimensions des lignes métalliques se traduit par une augmentation de la résistivité du cuivre. Pour limiter cette dernière, des travaux sont menés sur la métallurgie et le contrôle de la rugosité des lignes de cuivre. Ce travail se focalise sur deux limites rencontrées lors de la fabrication de structures d'interconnexions : d'une part lors du transfert par gravure plasma de motifs à partir d'un masque métallique ou organique dans les matériaux SiOCH poreux, et d'autre part lors de l'intégration d'un matériau SiOCH hybride, rendu poreux soit après l'étape de gravure ou de métallisation des tranchées. En particulier, il est mis en évidence que les masques de gravure peuvent entraîner une déformation des profils au cours des procédés de gravure plasma des structures sous l'effet de la relaxation de contraintes mécaniques pour les masques métalliques ou de la modification de leur composition pour les masques organiques. Une étude préliminaire, sur le transfert de la rugosité de bord de ligne (LWR) pendant l'étape de gravure, menée à l'aide d'un CD-AFM, est présentée. L'intérêt de l'intégration du matériau SiOCH sous sa forme hybride pour répondre à la problématique de la dégradation des SiOCH poreux par les procédés impliqués lors de la fabrication des niveaux d'interconnexions est démontré.

À partir des noeuds technologiques 45nm, les lignes métalliques des interconnexions des composants microélectroniques sont isolées entre elles par des matériaux diélectriques à faible permittivité (SiOCH poreux). Ces matériaux poreux sont sensibles aux procédés de fabrication et leur dégradation doit être minimisée afin de conserver de bonnes performances électriques et mécaniques. De plus, la réduction des dimensions des lignes métalliques se traduit par une augmentation de la résistivité du cuivre. Pour limiter cette dernière, des travaux sont menés sur la métallurgie et le contrôle de la rugosité des lignes de cuivre. Ce travail se focalise sur deux limites rencontrées lors de la fabrication de structures d'interconnexions : d'une part lors du transfert par gravure plasma de motifs à partir d'un masque métallique ou organique dans les matériaux SiOCH poreux, et d'autre part lors de l'intégration d'un matériau SiOCH hybride, rendu poreux soit après l'étape de gravure ou de métallisation des tranchées. En particulier, il est mis en évidence que les masques de gravure peuvent entraîner une déformation des profils au cours des procédés de gravure plasma des structures sous l'effet de la relaxation de contraintes mécaniques pour les masques métalliques ou de la modification de leur composition pour les masques organiques. Une étude préliminaire, sur le transfert de la rugosité de bord de ligne (LWR) pendant l'étape de gravure, menée à l'aide d'un CD-AFM, est présentée. L'intérêt de l'intégration du matériau SiOCH sous sa forme hybride pour répondre à la problématique de la dégradation des SiOCH poreux par les procédés impliqués lors de la fabrication des niveaux d'interconnexions est démontré.

Ce travail de thèse vise l'étude des interactions entre les plasmas utilisés en microélectronique et les résines à amplification chimique. Les procédés de fabrication employés en microélectronique nécessitent l'utilisation de matériaux polymères. Ces matériaux permettent dans un premier temps de définir des motifs représentant les différentes parties des composants électroniques, grâce à une étape de lithographie. Dans la suite du procédé de fabrication, ils jouent le rôle de masque afin de traiter les surfaces sous-jacentes aux endroits désirés. Une de ces étapes pour laquelle le polymère joue le rôle de masque est la gravure sèche par plasma, qui permet de transférer les motifs créés par lithographie dans le substrat et ainsi obtenir la structure du circuit intégré. Ainsi les résines employées doivent être suffisamment résistantes afin de remplir efficacement leur rôle de masque à la gravure. L'objectif principal de ce travail de thèse a donc été d'étudier la résistance à la gravure des résines à amplification chimique de dernière génération (193 nm) afin de mettre en évidence les dégradations de ces matériaux pendant les étapes de gravure, et de trouver des moyens d'améliorer leur résistance. Dans un premier temps le comportement des résines 193 nm a été comparé à une résine de référence plus résistante. Des analyses physico-chimiques (FTIR, XPS, DSC et TGA) ont permis de mettre en évidence les faiblesses des résines 193 nm liées à leur structure acrylique. La chimie des résines 193 nm étant complexe et devant répondre à de nombreux critères notamment pour l'étape de lithographie, il est préférable de les renforcer en tentant de contrôler les dégradations observées. Ainsi le deuxième objectif de la thèse a été d'étudier le renforcement des résines par des procédés plasma en utilisant des conditions particulières différentes des étapes de gravure. Les modifications spécifiques apportées par ces traitements sur les résines ont donc été mises en évidence, et le rôle prépondérant des émissions UV a notamment pu être prouvé. Enfin ces traitements plasma ont été appliqués sur des lignes de résines afin de montrer le fort potentiel applicatif de ces procédés pour améliorer deux points critiques : la vitesse de gravure et la rugosité des motifs.

L'effet Kondo naît du couplage tunnel entre une impureté magnétique et une mer de Fermi. L'essence de cet état de fortes corrélations électroniques trouve son origine dans la nature non perturbative du couplage d'échange entre le moment local et les électrons de conduction, et qui conduit à la formation d'un état fondamental non magnétique à température nulle. Dans le régime Kondo, toutes les propriétés physiques du système (impureté+réservoir d'électrons) s'expriment en fonction d'une unique échelle d'énergie, la température Kondo TK . Ce caractère universel a été observé dans des métaux contenant une grande quantité d'impuretés magnétiques ainsi que dans des impuretés artificielles comme les boîtes quantiques. Pour être mis en évidence expérimentalement, l'élément tunnel connectant le moment local et le réservoir de Fermi doit être large et l'on réfère souvent au problème Kondo comme à un problème de couplage fort. Les boîtes quantiques latérales offrent de grandes possibilités d' étudier plus en détail l'effet Kondo. En particulier, contraindre la mer de Fermi à une région finie de l'espace et comprendre comment cela influence l'écrantage du moment local, est une question cruciale du problème Kondo. Nous présenterons des mesures de transport à travers une double boîte quantique où une boîte quantique de petite taille jouant le rôle d'impureté magnétique sera couplée à une boîte quantique de grande taille jouant le rôle de réservoir fini. Différentes expériences effectuées dans le régime de couplage fort entre boîtes nous confronterons à la nature multi-niveaux de la grande boîte quantique et montrerons l'importance de considérer l'hybridation de multiples niveaux d'énergie. De plus, nous présenterons des données où le transport à travers le système est médié par des mécanismes de types Kondo impliquant un niveau hybridé entre boîtes. A la dégénérescence de charge des boîtes quantiques, une amplification de la température Kondo résultant de la réduction de l'énergie de charge du système, permet de révéler un singulet Kondo à température finie. En analysant les différentes configurations de spin possibles, nous discuterons la compétition entre deux singulets pouvant être stabilisés dans le système, un singulet de type Kondo et un singulet entre boîtes où les effets à multiples niveaux jouent un rôle important. Nous pensons que la réduction du couplage d'échange entre boîtes due au faible écart entre niveaux d'énergie dans la grande boite quantique explique l'invariance du phénomène observé en ce qui concerne l'occupation de cette même boîte, et ceci à la température électronique de base de notre expérience.

Les données industrielles offrent un matériau pour la prise de décision. Les travaux présentés concernent la transformation de données brutes en connaissances, pour contribuer au système de connaissances d'une organisation et améliorer son système décisionnel. Un processus d'aide à la décision est proposé. Il implique les acteurs de l'organisation et l'emploi de méthodes formelles. D'abord, il analyse et formalise les problématiques décisionnelles. Ensuite, il construit une aide la décision quantitative. Cette méthodologie est appliquée à un problème particulier : la gestion des capacités des TI d'une usine de STMicroelectronics. En effet, les managers doivent assurer un équilibre entre le coût de l'infrastructure TI et le niveau de service offert. Notre processus offre une aide pertinente. Il permet de surmonter deux enjeux, fréquents lors de la gestion des capacités : la complexité des systèmes IT et la prise en compte de l'activité métier. Situant ces travaux dans le cadre du référentiel ITIL, l'application du processus permet de constituer des modèles prédictifs, mettant en relation l'activité des serveurs informatiques et l'activité industrielle. Cette application permet aussi de contrôler dynamiquement la validité des modèles, ainsi que l'activité quotidienne du SI. Nos travaux formalisent quantitativement des connaissances, en favorisent l'utilisation dans les processus décisionnels, et en assurent l'évolution dans le temps. Nos recherches posent des fondations pour un plus large recours plus à l'exploitation des données issues des systèmes de production, dans le cadre du développement de systèmes de support à la décision et de perspectives Big Data.