Effet getter de multicouches métalliques pour des applications MEMS. Etude de la relation Elaboration - Microstructure - Comportement, Study of the getter effect for metallic materials thin films deposited by common processes of microelectronics

Lionel Tenchine

Description

Sous la direction de Christel Faure, Xavier Baillin
Thèse soutenue le 21 janvier 2011: Grenoble
L'objectif de cette thèse est d'établir les liens entre élaboration, microstructure et comportement des getters non-évaporables (NEG) en couches minces, en vue de leur utilisation dans le cadre du packaging collectif des MEMS sous vide ou sous atmosphère contrôlée. Après une étude bibliographique sur l'herméticité des MEMS et l'effet getter, la modification du comportement de piégeage de gaz par les NEG couches minces, engendré par l'ajout de sous-couches métalliques, est mise en évidence. Afin d'expliquer cette influence, la microstructure des couches minces est étudiée, notamment sa dépendance aux paramètres d'élaboration et aux traitements thermiques. Ensuite, le comportement macroscopique de piégeage de l'azote est caractérisé, de même que les mécanismes microscopiques d'activation et de pompage. Ces derniers permettent finalement d'élaborer quelques recommandations pour l'intégration des NEG couches minces dans les MEMS.
-Getter
-Couches minces
-Wafer level
-Microélectronique
-Packaging
-Scellement
Whilst satisfying low-cost requirements, performances and lifetime of many MEMS can be enhanced by performing wafer-level packaging of devices under vacuum or controlled atmosphere conditions. However, this implies the use of non-evaporable getters (NEG) inside MEMS cavities for residual gases removal. Relationships between elaboration, microstructure and pumping behavior of NEG thin films are investigated in this thesis. After a literature review on MEMS hermetic sealing and getter effect, NEG thin films pumping behavior modification by metallic sub-layers addition is presented. Then, in order to explain this modification, elaboration parameters and thermal treatments influence on thin films microstructure is analyzed. Lastly, nitrogen gettering behavior of NEG is characterized, as well as activation and pumping mechanisms. From these results, some recommendations for NEG thin films integration in MEMS are finally proposed.
-Getter
-Thin films
-Wafer level
-Microelectronics
-Packaging
-Sealing
Source: http://www.theses.fr/2011GRENI026/document

Sujets

• Piège à gaz
• Micro-électronique

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 141
• Poids de l'ouvrage: 15 Mo

Extrait

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
Arrêté ministériel : 7 août 2006



Présentée par
Lionel TENCHINE


Thèse dirigée par Christel FAURE et
codirigée par Xavier BAILLIN

préparée au sein du Laboratoire des Technologies de
Packaging et d’Intégration (CEA, LETI-MINATEC)
dans l'École Doctorale Ingénierie – Matériaux Mécanique
Energétique Environnement Procédés Production


Effet getter de multicouches métalliques
pour des applications MEMS
Etude de la relation Elaboration – Microstructure -
Comportement


Thèse soutenue publiquement le 21 janvier 2011,
devant le jury composé de :
M. Michel PONS
Directeur de recherche, INP de Grenoble (Président du jury)

M. Alain JACQUES
Directeur de recherche, INP de Lorraine (Rapporteur)

M. Frédéric SANCHETTE
Enseignant chercheur, UTBM (Rapporteur)

Mme Christel FAURE
Docteur, CEA/DRT (Directrice de thèse)

M. Xavier BAILLIN
Docteur, CEA/DRT/LETI (Co-encadrant)

M. Mustapha LEMITI
Professeur, INSA de Lyon (Examinateur)

M. Joël COLLET
Ingénieur, TRONICS Microsystems (Invité)

Mme Cécile ROMAN
Ingénieur, ULIS (Invitée)
tel-00609077, version 1 - 18 Jul 2011hnologies2tomiqueblablaGrenobleblablaoratoiCettedesth?seCommissariataAlternativ?t?etpr?par?e17auyrs,CEA9.1l'Energie,auxLETI2.2e-MINATTEC,l'InformationaurueseinMartdu38054Labcedexoratoire1.des?TAecethnologiesEnergiesdeesPLabacrkd'Electroniqueagingdeetecd'Indet?gration:
tel-00609077, version 1 - 18 Jul 2011blabla3le,blablafamilblablaAma
tel-00609077, version 1 - 18 Jul 2011Alors,4.blablahLELELOGRICIENMONSIEUR,,aussiauauvieuxhat.monsieuros.LEVlooicicdoncquatreunICIENsyllogismemonsieurexemplaire.unLeIonescocchatblablaaats.quatreVIEUXpattes.auIsidoregicienetMonFhienricotaonpattes.tLOGc,hacunvieuxquatre.pattes.c'estDonccIsidoreEug?neet,Fhinoricot?rson(1959)tc
tel-00609077, version 1 - 18 Jul 2011k5isR?sum?aL'ob;jeresidualctifidedcettemanth?seer,estbd'?tablirviorlesonliensresults,enMEMStree?labyoration,ormicrostructureorableetetcompinortemengettertersdeselabgettersnitrogenon-?vationapinorablesgetter(NEG)acen;coucerformanceshesbminces,afer-leensvueconditions.deuseleurMEMSutilisational.dansoration,leNEGcadrenduMEMSpaclmskyagingecollectifexplaindesthermalMEMSissousehavidewouhanisms.sousratmosph?rearecon:tr?l?e.lmsApr?spacunea-?tude;bibli;ographreductionilifetimequeMEMSsurenhancedl'herm?ticit?erformingdeselMEMSofetvl'eettrolledgetter,wlaimpliesmonon-evdication(NEG)duvitiescompremoortemenationshipsteendeandpi?geageviordelmsgazestigatedparthesis.lesreviewNEGsealingcoucNEGhesbminces,dicationengendr?sub-laparisl'ated.joutorderdemosous-coucparametershestsm?talliques,lmsestLastlymisegetteringenof?vidence.haracterized,Anasd'expliquerpumpingcetterominuence,recommendationslathinmicrostructureindespropcoucKey-whesapmimetallicncestitaniumestv?tudi?e,agingnotammenittempsacapacitd?p;endance;aux;param?tresxided'?l;abandorationofetyauxcantraitemenetsbthermiques.pEnsuite,wlevcpacompagingortemendevicetundermacroscopiqueacuumdeconpi?geageatmospheredeHol'azoteevestthiscaract?ris?the,ofdeapm?megettersqueinsidelescam?canismesformicro-gasesscopiquesvd'activRelationbetwdeelabpmicrostructureompage.pumpingCesehaderniersofpthinermettenaretvnalemenitthisd'?labAfterorerliteraturequelquesonrecommhermeticandandaeect,tthinipumpingonsehapmoourbl'inmetallict?grationydesadditionNEGprcoucsenhesThen,mincnestodansthislesdication,MEMS.orationMots-cl?sand:treatmengetterinuencenon-?vthinapmicrostructureorableanalyzed.;,coucnhesbmincesviorm?talliquesNEG;ctitaneas;ellMEMSactiv;andpacmeckFagingthesesoussomevidefo;NEGtemplms?raturetegrationd'activMEMSationnally;osecapacit?.deordspnon-evompageorable;;microstructurethin;;adsorption;;;absorptionacuum;kdiusion;;tazotev;tionoeraturexydesorptionnatify;microstructurer?ductionadsorption;absorptionAbstractdiusionWhilstnitrogensatisfyingnativloow-cost;requirements,p
tel-00609077, version 1 - 18 Jul 2011e6cRemerciemenletsvEnmisetoutCEA,pdansreremerciemiercelieu,sejel'Instituttienset,?enadresserremerciemesX,plus?lectroniquesinc?repsratremerciemenoirtsdu?l'?tude.maapdirectriceremerciemendePth?selaChristelr?alisationFleaurPhede.tempsJeourlalaremerciequestions.pdeourdulevtempsdesqu'ellenouvam'aconsacr?(SDOT)au?rimensuiviHaccartdevl'aTvcoucancemenNicolas,trideainsimesoratoiretra(LCFM).vlaaux,deetppdeourLablaO-lineplaertinencededevsesterpr?tationremarquesonquiobservm'onlatellepondreermiatriceslesdeXlesremerciemenerosan?l'Energiebien.laJpeunlameremerciela?galemendutep?rationsourr?leladi?renrelectureplacedetcGustaeog?niem?moire,maetdel'ensemtsbleorationdesJ'adresseam?lio?rCatieonsequikenDidierondutCaract?risationd?coul?es.desJ'adressearticipmaautres,profondeetreconnaissancebanc?r?siduelsXa?tudevierdeBaillinastepvide.ourMartinezsondeencadremenqutdeauform?coursendessptroistrann?esdedeconsacr?th?se.ourSar?sultats.dispPonibilit?,LCPOsesr?alisationconseilsenatransmission.vis?spedontfaitsonourtratoutesvremercieaildudelarelecturedem'onytt?es?t?moire.d'unhelsoratoireeR?cupcoursoninestimable.deJeform?lehniqueremercieampd'alavJ'espoiraconccasiontinreuellemen?ttrvlaeill?erre?JelaScoprigueurDesdeecmaourd?marctielhe.tageJ'espbancs?remisquecoursceremerciem?moireHaas,sauraFenot?moigner.etJeC)remerciemismonsieurositionMicsoushelPlateformePhnologiesonsA)deourm'amesvminces.oirmesfaittsl'honneurPierredePierre-Louispr?siderharvmaPsoutenancerdenth?se.Violet,JeatricremercieBrunet-Manquat,messieursqueAlainBloJacquesh,etLabFder?d?ridecFiabilit?SancMicrosyst?meshettePper,ourtreleur?conconceptiontributionlaendutand'analysetgazqueutilis?rappcetteorteursm'adeermisced?couvrirm?moire.vJemonderemerciel'ultra?galemenJetEug?nielesduautresoratoirememCaract?risationbresysiduejury(LCPO)d'am'avoiroir?accept?mised'?v?uvrealuerlaceectrom?trietraphoto-?lecvonsailet:m'amonsieuroirMustaphaduLemitipenl'intandestJequ'examinateur,Anne-MarieainsiapquedumadamepC?cilelaRomandesetationsmonsieurmicroscopieJoen?lJeColletremercieenourtanpatiencettqu'in?vit?s.preuvJepremercier?pNicolas?SillonmesdeJem'aPvGergaudoirLCPOaccueilliouraur?alisationseinanalysesdudiractionLabraoratoireonsdespr?senTdansecm?hnologiesJedeMicPLevisacLabkCompagingtset?d'Init?grationde(L(LCRE)TPI).m'aPoirartager?plustecdedetroisenansoulelaourviecaract?risationdegetters.ce?reljourabvoratoirel'oade?t?ttunedeexpeau?rienceprotdesma?plusiagr?ablesdeetsoudureenricvhissanqu'iltes.transmise.JeremerciremercieDidiercertohaleureusemenServicetOplesTnomhnologiquesbreusesppsonersonnesessenaudansCmonEAdesatsvexpectauxlesquellesenj'aiaueudelaJec?galemenhanceHelgedeThibaultpetouvr?d?ricoirvtradevNanosciencesailleCryr.(INAS'ild'am'estoirimp?ossibledispd'?trel'?vexhaustif,orateurjevidetienslan?anmoinsdes?ecexprimerAmonnominativ(PTemenautpmal'?labreconnaissancedeengettersvhesersquelques-uns.
tel-00609077, version 1 - 18 Jul 2011t7ellat,Jesurtout,remerciequi,paroublierailleursrel?cGuillaumeetRolabdriguezcetteduquotidienD?MerciparGillot,teedi,menlesthaleureuxPlateformetTl'abecailleurs,hnolo-DrevgiquegrandSilfamilleiciumoir(DPTS)cespheloEnuSt?phaneroul'?labeorationl'accueildeseinl'unqu'ilsdes?,d?ptribu??tstgettersPcaract?ris?snedansremercierlequicadre?t?desEnnpr?senremercietsmestram'avuaux.duranJeann?es.remercieMicennPtr?sGregorycyhaleureusemenettCapltous;lestousmemautrbressduparLPTI,cpauermanendutsoratoireoum'on"der?servpassage",onqueconse?soioutissementdeceuxth?se.aarvjeecsauraisqdeuiMoniquej'aion,directemenautm'atrad'unvsecours.aill?,etenjeparticuliermaAmandineetSion,amis.EmmandeuellevLagoutte,soutenSophiesansVheerrun,tClaudinetroisBridoux,Charlotte
tel-00609077, version 1 - 18 Jul 20118
tel-00609077, version 1 - 18 Jul 2011.T37able.des.mati?res.R?sum?55.......m.1...........MEMS.hes.hnologie.......tec.......1.2.1...40...Rapp...1.3...A...train.....51.........Sol.s5.Mots-cl?s............solide.......de.......titane.......minces.......de.......?cicit?s...1.3.3.......1.......54......5.Abstract31.ti.:...........Eet...................n.gaz.............D.getter...........45.sur............5.Keywcoucordsour...........50.an.NEG.s.........1.3.2.et.la.......des.hes...........-.................-......5.Remerciemen.ts........1.1.4.u.on.hnologique.le.getters...................1.2.getter................................6.T39ableIdesteractionsmati?res/9.T.able.des.gures.13.Liste.des.tableaux.17.In.tro.duction.191.2.21?nitionGettersl'eetcouc.hes.minces.p.our.les.MEMS.21.1.1.Vide.in.t?gr?.et1.2.3herm?ticit?elsdanslele.s.MEMS......................49.NEG.hes.p.les......21.1.1.1.La.tec.hnologie.MEMS......1.3.1.v.tages.s.couc.mince...................50.Con.tes.sp.de.tec.MEMS..21.1.1.2.P.ac50kEtudeagingNEGdesulticoucMEMS......................Conclusion.Chapitre............................24.1.1.3.VBibliographieide,Chapitreatmosph?re.con.tr?l?e.et.herm?ticit?........................
tel-00609077, version 1 - 18 Jul 20112
2
2
.DES.MAultiTI?.R.ESctiv2.Elab.oration.et.microstructure.59.2.1164Elab.oration..esure.surface.r?siduels.hes...t...........3.4.2.au.............132...3.2...d?p.3.2.2...te.es..............59gration2.1.1ommandationsT.eclemenhnique.de.d?pConclusion?t.:.l'?v.ap.oration.sousompagevide....X.pr.....al.......des.....Comp59he2.1