Patrick Desjardins
Professeur titulaire

Titulaire, Chaire de recherche du Canada en physique de la matière condensée
Regroupement québécois sur les matériaux de pointe (RQMP)
Groupe de recherche en physique et technologie des couches minces
Département de génie physique, patrick.desjardins@polymtl.ca

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Couches métalliques, siliciures et barrières de diffusion

nife_xtem.gif (65456 bytes)Multicouches métalliques

Les multicouches magnétiques sont intéressantes comme senseurs et comme éléments d'enregistrement. En effet, la magnétorésistance anisotrope de multicouches ferromagnétique/ferromagnétique Ni/Co et Fe/Ni est très sensible à la grandeur du champ magnétique. Les propriétés de ces multicouches dépendent cependant très fortement de la microstructure et des interactions interfaciales entre les couches et le substrat. Par exemple, le couplage d'échange à l'interface entre une couche ferromagnétique et une couche antiferromagnétique peut augmenter la sensibilité de la magnétorésistance

Nous étudions, en collaboration avec Robert W. Cochrane et Sjoerd Roorda,   l'effet du bombardement ionique de haute énergie (MeV) sur la microstructure et les propriétés de transport des multicouches métalliques.

À titre d'exemple, nous présentons ci-contre des images en sections transversales obtenues par microscopie électronique transmission pour des bicouches Fe(500Å)/Ni(500Å)   déposées sur SiO2. Les micrographies indiques que les couches sont denses et sans porosité. L'irradiation par des ions Si+ accélérés à 1 MeV donne lieu à une croissance progressive de la taille des grains à l'intérieur de chacune des couches.

Les mesures électriques et magnétiques indiquent que la résistivité et la   magnétorésistance anisotrope sont virtuellement inchangées pour des doses inférieures à 1016 cm-3. Des doses plus élevées mènent cependant à une anisotropie directionnelle dans le plan et à des courbes de magnétorésistance et d'aimentation asymétriques. Ces effets sont attribuables à une interaction entre les couches ferromagnétiques et les oxydes magnétiques qui sont formés à la surface supérieure et à l'interface avec le substrat.

 

Siliciures pour la microélectronique

Nous entreprenons un projet de recherche portant sur la formation des siliciures de cobalt et ce, en collaboration avec Arthur Yelon du département de génie physique et de génie des matériaux et Christian Lavoie du IBM T.J. Watson Research Center. Il a été rapporté que la présence d’oxyde à l’interface entre une couche de Co et un substrat de Si permet d’obtenir une interface plus uniforme lors de la formation de siliciures par recuit thermique. La microstructure de la siliciure est cependant affectée par la présence de cet oxyde, un effet qui demeure mal compris. Nous déposerons le Co in situ dans un système de spectroscopie des photoélectrons et étudierons la microchimie de la siliciure en fonction des conditions de fabrication, incluant le dosage contrôlé d’oxygène dans la chambre pour modifier la surface de Si avant le dépôt de la couche de Co. Nous aborderons également la délicate question de la formation de siliciures sur des couches Si1-xGex co-évaporées in situ.

 

Barrières de diffusion

Les interconnexions d'aluminium et les barrières de diffusion de TiN sont grandement utilisées dans les circuits intégrés à ultra-grande échelle. Alors que les dimensions continuent de diminuer, il devient de plus en plus important de bien comprendre les réactions affectant l'intégrité des couches de métallisation.

Nous réalisons, en collaboration avec le groupe de Joe Greene (University of Illinois) et Christian Lavoie (IBM T.J. Watson Research Center), une étude systématique des réactions interfaciales entre des couches de TiN et d'Al pendant des recuits en fonction de la microstructure et de la texture des couches.

À titre d'exemple, la figure ci-dessous montre qu'il est possible de contrôler la microstructure des couches de TiN par le biais des conditions de croissance. Alors que la couche de gauche est poreuse, celle de droite est complètement dense. Ce changement de microstructure se traduit par une augmentation considérable de la stabilité des assemblages Al/TiN tel qu'illustré par les courbes de diffraction. La température à laquelle on observe la formation de l'intermétallique passe alors de 450 à 610°C.

TiN barrier.gif (88888 bytes)

 


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Modifié le 2006-08-28