Oblique angle deposition of Au/Ti porous getter films

International audienc

Etude des propriétés électro-thermo-mécaniques de nanofils en silicium pour leur intégration dans les microsystèmes

Les propriétés électro-thermo-mécaniques remarquables qui peuvent apparaître dans les nanofils de silicium font l'objet d'un nombre croissant de travaux de recherche. Ces travaux de thèse de nature fortement expérimentale, visent à donner une meilleure connaissance de ces propriétés dans le cas de nanofils, en silicium monocristallin, fabriqués par approche descendante. Pour caractériser la piézorésistivité, deux méthodes de chargement mécaniques ont été développées : la flexion 4 points de puce et la traction/compression in situ avec un actionneur MEMS. La méthode 3 a été choisie pour des mesures de conductivité thermiques. Ces propriétés ont été étudiées en fonction de la température et la contrainte dans une station sous pointes cryogénique.Les résultats montrent que les nanofils fabriqués à partir de substrats SOI amincis peuvent, de manière inattendue, être fortement contraints en compression après fabrication. Les nanofils de type p présentent, même en régime de mesure dynamique, des coefficients piézorésistifs élevés qui décroissent fortement avec la température et permettent une détection intégrée de mouvement de MEMS avec une limite de détection inférieure à l'Angström. Les mesures thermiques confirment l effet d échelle attendu de la conductivité thermique, la décroissance avec la température est compatible avec les résultats théoriques et expérimentaux précédemment publiés.Remarkable nanoscale electro-thermo-mechanical properties of silicon nanowires are increasingly studies. This experimental thesis investigates such properties for top-down fabricated monocrystal silicon nanowires.A four points bending set-up and a MEMS actuator are developed to apply ex situ and in situ mechanical stress on nanowires. Those devices are characterised in a cryogenic environment within a microprobe station. Electrical properties and piezoresistivity are studied using those systems. Moreover, the 3 method measures the thermal conductivity of these nanowires.From buckling of silicon nanowires, unexpected high compressive stress (>100 MPa) was identified in top silicon layers of SOI substrates. Drift-compensated measurements show that p type silicon nanowires present large piezoresistive coefficients which decrease with temperature. Additionally, the MEMS device demonstrates the possibility to detect ample MEMS movements with sub-ångström resolution using the nanowires as piezoresistive nanogauges. The thermal conductivity was found consistent with previously reported values for silicon nanowires, and expectedly decreases with temperature.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Etude de matrices de filtres Fabry Pérot accordables en technologie MOEMS intégré 3D (Application à l'imagerie multispectrale)

L imagerie multispectrale permet d améliorer la détection et la reconnaissance de cibles dans les applications de surveillance. Elle consiste à analyser des images de la même scène acquises simultanément dans plusieurs bandes spectrales grâce à un filtrage. Cette thèse étudie la possibilité de réaliser une matrice de 4 filtres Fabry Pérot (FP) intégrés 3D et ajustables par actionnement électrostatique dans le domaine visible-proche infrarouge. Les miroirs fixes des filtres FP sont des multicouches ZnS/YF déposés sur un wafer de borosilicate, et les miroirs mobiles sont des membranes multicouches PECVD SiNH/SiOH encastrées sur une structure mobile très compacte micro-usinée dans un wafer en silicium. Les performances optiques des filtres FP ont été optimisées en prenant en compte la dissymétrie et le déphasage à la réflexion des miroirs. La structure mobile a été modélisée par éléments finis pour minimiser ses déformations lors de l actionnement. Les étapes critiques des procédés de fabrication des miroirs mobiles en technologie Si ou SOI ont été mises au point : i) la fabrication et la libération par gravures profondes DRIE et XeF des membranes multicouches avec une contrainte résiduelle ajustée par recuit et une réflectance voisine de 50% dans une large gamme spectrale, ii) le contrôle des vitesse de la gravure DRIE avec des motifs temporaires permettant la gravure simultanée de motifs de largeur et de profondeur variables, et iii) la délimitation de motifs sur surfaces fortement structurées à l aide de pochoirs alignés mécaniquement ou de films secs photosensibles. Ces travaux ouvrent la voie vers une réalisation complète d une matrice de filtres FP intégrés 3D.Multispectral imaging is used to improve target detection and identification in monitoring applications. It consists in analyzing images of the same scene simultaneously recorded in several spectral bands owing to a filtering. This thesis investigates the possibility to realize, an array of four 3D integrated Fabry-Perot (FP) filters that are tunable in the visible-near infrared range by electrostatic actuation. The fixed mirrors of the FP filters are ZnS/YF multilayers deposited on a borosilicate wafer, and the movable mirrors are PECVD SiNH/SiOH multilayer membranes clamped in a very compact movable structure micromachined in a Si wafer. A 3rd glass wafer is used for filters packaging. Optical performances of the FP filters have been optimized by taking into account the asymmetry and the reflection phase shift of the mirrors and the mobile structure has been modeled by finite elements analysis notably to minimize its deformation during actuation. The critical steps of the movable mirrors fabrication process in Si or SOI technology have been developed : i) the fabrication and the release by DRIE and XeF etching of 8 or 12 layers membranes with a residual stress tunable by annealing and a reflectance close to 50% in broad wavelength range (570-900nm), ii) the control with temporary patterns of the simultaneous deep etching of patterns with different widths and depths, and iv) various patterning techniques on highly structured surfaces based on shadow masks (with mechanical alignment) or laminated photosensitive dry films. These results open the way towards the full realization of an array of 3D integrated FP filters.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Characterization of the activation of yttrium-based getter films by electrical measurements and ion-beam analyses

International audienceGettering properties of thin films of pure yttrium and yttrium-based alloys have been studied for application to MEMS vacuum packaging at the wafer level. Thin films of Y, Zr-Y, Ti-Y and V-Y were co-evaporated under ultra-high vacuum. It is demonstrated that the sheet resistance measured by 4-probes technique before and after activation at 250°C gives a good estimation of the oxygen sorption ability determined by NRA. Pure yttrium has been found to be highly reactive after deposition (sheet resistance increases by 40% after 1 month in air) but poorly efficient in oxygen trapping after activation. Conversely, the sorption ability of Y-V, Y-Zr and Y-Ti alloys is extremely high and increases with the yttrium content in the film. The bests results for sorption are obtained with Y-V (2.7 10 22 atom/cm 3 for Y44V56)

In situ electrical characterization of YxTiy getter thin films during thermal activation

International audienceTransition metals alloys are the most studied getter films for wafer-level vacuum packaging of MEMS. In this work we investigated yttrium and Y x Ti y alloys films that could possibly overcome the limitations of usual getter materials, i.e. reversible sorption of hydrogen and low sorption ability for hydrocarbon gases. As a preliminary step towards this objective, properties of (co-)evaporated yttrium and Y x Ti y films were analyzed by SEM, EDS, XPS and in-situ sheet resistance measurements before, after and/or during annealing in vacuum. As deposited and annealed films have a small grain size and a columnar structure. It is shown that yttrium and Y x Ti y films can be activated after 1 hour of annealing in vacuum at 250 °C if the Y-content is larger than ~9 %. These results are promising for the use of Y-based films as low temperature getters for vacuum packaging

A Comparison of TSV Etch Metrology Techniques

International audienceWe use three metrology techniques, vertical scanning interferometry (VSI), confocal chromatic microscopy (CCM), and time domain optical coherence tomography (TD-OCT), for depth measurement of through-silicon vias (TSVs) of various cross sections and depths. The merits of these techniques are discussed and compared. Introduction While sales of semiconductor equipment broke a new record this year, many metrology needs should be addressed to support the development and production of electronic chips based on "More than Moore" scaling. Among these scaling approaches, 3D integration based on TSVs offers superior integration density and reduces interconnect length/latency. Measurements are needed to evaluate the depth uniformity of etched TSVs. Indeed, upon metal filling, geometrical variations of TSVs can affect Cu nails coplanarity and can warp the wafer, resulting in a low stacking yield. Measuring the depth of TSVs is an increasingly challenging task as the diameter of many TSVs has now shrunk to only a few microns

X-ray multilayer monochromator with enhanced performance

International audienceAn x-ray multilayer monochromator with improved resolution and a low specular background is presented. The monochromator consists of a lamellar multilayer amplitude grating with appropriate parameters used at the zeroth diffraction order. The device is fabricated by means of combining deposition of thin films on a nanometer scale, UV lithography, and reactive ion etching. The performance of this new monochromator at photon energies near 1500 eV is shown

Etude par microvibrométrie de films minces et de dispositifs micromécaniques

L'objectif de ce travail de thèse était de développer un système optique permettant la caractérisation sans contact du spectre de vibration et des modes de vibration de dispositifs micromécaniques et de modéliser les mesures pour différents types de dispositifs micromécaniques de test (micropoutres, microponts, membranes). Dans le chapitre II sont recensés les modèles analytiques et semi-analytiques existants qui décrivent le comportement dynamique des principaux dispositifs micromécaniques. Ces modèles sont comparés à des simulations par éléments finis effectuées avec le logiciel ANSYS et différents facteurs de corrections sont proposés pour les micropoutres et les microponts afin de tenir compte de la variation du module d'Young effectif avec la largeur des dispositifs ainsi que des imperfections géométriques et des contraintes résiduelles présents dans les microdispositifs réels. Dans le chapitre III les principales techniques de vibrométrie optique ponctuelles et plein champ et d'excitation des vibrations sont analysées à partir des besoins pour la caractérisation des microsystèmes ce qui a permis de sélectionner l'excitation piezoélectrique et la vibrométrie interférométrique comme étant des techniques adaptées pour nos expériences. Dans le chapitre IV le système de vibrométrie interférométrique qui a été développé est présenté et son fonctionnement et ses performances pour la mesure de spectres et de modes de vibration sont illustrées sur différents types de microdispositifs. Enfin les modèles et le vibromètre optique ont été appliqués à la caractérisation du module d'Young et des contraintes résiduelles de différents films minces à partir des fréquences de résonance de membranes, de micropoutres et de microponts. Dans le cas des membranes un bon accord a été obtenu entre les mesures par vibrométrie et par la technique de gonflement. Dans le cas des micropoutres et des microponts, les résultats montrent le rôle important de la configuration de l'encastrement sur la précision des résultats.The aim of this thesis work was the development of an optical system which allows non contact characterization of vibration spectra and vibration modes of micromechanical device and the modeling of the measurements for various type of micromechanical test device (cantilever microbeams, microbridges, membranes). Chapter II presents a survey of the analytical and semi-analytical models of the dynamical behavior of the main micromechanical devices. These models are compared with finite elements simulations with ANSYS software. Several correction factors are proposed for cantilever microbeams and microbridges in order to take into account the effective Young's modulus variation with devices as well as the geometrical imperfections and residual stress occurring in real microdevices. In chapter III, the main optical vibrometry techniques for point vibration spectra and vibration modes measurements are analyzed from the needs of microsystems characterization. This allowed to select piezoelectric excitation and interferometric vibrometry as suitable techniques for our experiments. In chapter IV, the optical vibrometer which has been developped is presented in details and its performances for vibration spectra and vibration modeshapes are illustrated on diffrent types of micromechanical devices. At last, models and the optical vibrometer have been applied to the characterization of the Young's modulus and residual stress of various thin films from the resonant frequencies of membranes, microbridges and mcantilever microbeams. In the case of membranes, results obtained by vibrometry and bulge test are in good agreement For cantilever microbeams and microbridges, it is demonstrated that the accuracy of results is largely dependent of the modeling of the clamping configuration.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF