Analyse de la formation des phases du système cuivre-germanium par diffraction des rayons X sur des échantillons d'épaisseur nanoscopique

Avec la miniaturisation incessante des circuits dans le domaine de la microélectronique, pour des raisons de performance et de diminution de coûts, de nouveaux matériaux doivent être introduits dans leur fabrication pour pallier différents problèmes. La liste des défis à relever pour l'avancement de l'industrie de la microélectronique est tenue par l'ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors), qui met à jour régulièrement les pistes de solution envisagées pour chacun des domaines d'intérêt dans la fabrication de circuits intégrés, que ce soit la métallisation globale ou locale, la largeur de la grille des transistors, l'épaisseur de l'isolant de la grille et les matériaux la constituant, etc. Un des défis majeurs pour les prochaines générations de dispositifs microélectroniques est de développer un nouveau matériau pour remplacer le cuivre dans les interconnexions globales et locales, le cuivre étant actuellement le principal matériau conducteur utilisé dans les interconnexions des dispositifs de dernière génération. Aux dimensions de dispositifs à venir, le cuivre possède certains désavantages liés à sa grande diffusivité dans le silicium, ce qui force l'utilisation de barrières de diffusion d'une épaisseur minimale excessive dans les dispositifs récents. Un des matériaux prometteurs pour remplacer le cuivre est en fait un des composés binaires du système cuivre-germanium, soit la phase ε1-Cu3Ge. À l'époque où l'industrie cherchait un remplaçant à l'aluminium dans les interconnexions dans les années 1990, des travaux avaient révélé sa très faible résistivité d'environ 5.5μΩ∙cm à la température de la pièce [1], sa stabilité en contact avec le silicium et l'oxyde de silicium [2] et sa stabilité aux cours de recuits [3]. À l'époque, le cuivre avait été choisi à cause de son avantage au niveau de ses performances électriques dues à sa très faible résistivité de 1.68μΩ∙cm à la température de la pièce[4]. L'objectif de ce mémoire est d'étudier plus en détail la formation des phases du système cuivre germanium, et plus précisément la phase ε1-Cu3Ge, pour des applications dans l‟industrie de la microélectronique. Les tests effectués reposent sur l'utilisation de trois techniques de diffraction des rayons X avec source synchrotron, soit la diffraction des rayons X in situ pendant recuit avec mesure simultanée de la résistance par une sonde à quatre pointes, dans le but d'analyser la formation des phases, les balayages θ-2θ pour obtenir les pics de diffraction des phases présentes sur une large plage d'angles de diffraction suite à des trempes et finalement la