Etude expérimentale et simulation numérique du comportement mécanique de structures sub-micrométriques de cuivre : application aux interconnexions dans les circuits intégrés

Afin de reduire les couts et rester competitifs dans le contexte industriel mondial, les fabricants de semi-conducteurs miniaturisent leurs produits. A l'heure actuelle, la largeur des interconnexions reliant les composants electroniques est de 130 nm environ et est amenee a decroitre rapidement. Si la realisation des connexions de cuivre est bien maitrisee, les lois de comportement mecanique a cette echelle sont encore peu connues, la principale difficulte etant le caractere fortement heterogene de la deformation plastique d'une structure micrometrique, tres mal rendu dans les descriptions continues actuelles. L'objectif de cette these est double. Il s'agit dans un premier temps de concevoir des echantillons de poutres ultra-fines suspendues de cuivre, qui possedent les memes caracteristiques geometriques et microstructurales que les interconnexions des circuits integres, et de les soumettre a des tests de flexion trois points par nanoindentation. Dans un deuxieme temps, nous cherchons a reproduire les effets de taille mis en evidence lors de ces essais, influence de l'epaisseur et de la largeur des poutres sur la limite d'elasticite, a l'aide d'un modele d'elements finis. Nous utilisons un modele cristallin, qui comprend une loi d'ecoulement locale elasto-viscoplastique et une loi d'ecrouissage anisotrope basee sur l'evolution de la densite de dislocations par systeme de glissement. Cette derniere est obtenue a l'aide d'une simulation de dynamique des dislocations, qui nous permet de comprendre les phenomenes a l'echelle microscopique, en particulier le transfert de deformation entre grains a travers les interfaces, et le stockage des dislocations aux joints de grains. Notre modele reproduit un comportement de type Hall-Petch pour des polycristaux a tres petits grains, et capte les effets d'echelle observes pour les poutres ultra-fines de dimensions semblables a celles des interconnexions.