Développement de procédés technologiques pour une intégration 3D monolithique de dispositifs nanoélectroniques sur CMOS

Résumé : Le transistor monoélectronique (SET) est un dispositif nanoélectronique très attractif à cause de son ultra-basse consommation d’énergie et sa forte densité d’intégration, mais il n’a pas les capacités suffisantes pour pouvoir remplacer complètement la technologie CMOS. Cependant, la combinaison de la technologie SET avec celle du CMOS est une voie intéressante puisqu’elle permet de profiter des forces de chacune, afin d’obtenir des circuits avec des fonctionnalités additionnelles et uniques. Cette thèse porte sur l’intégration 3D monolithique de nanodispositifs dans le back-end-of-line (BEOL) d’une puce CMOS. Cette approche permet d’obtenir des circuits hybrides et de donner une valeur ajoutée aux puces CMOS actuelles sans altérer le procédé de fabrication du niveau des transistors MOS. L’étude se base sur le procédé nanodamascène classique développé à l’UdeS qui a permis la fabrication de dispositifs nanoélectroniques sur un substrat de SiO2. Ce document présente les travaux réalisés sur l’optimisation du procédé de fabrication nanodamascène, afin de le rendre compatible avec le BEOL de circuits CMOS. Des procédés de gravure plasma adaptés à la fabrication de nanostructures métalliques et diélectriques sont ainsi développés. Le nouveau procédé nanodamascène inverse a permis de fabriquer des jonctions MIM et des SET métalliques sur une couche de SiO2. Les caractérisations électriques de MIM et de SET formés avec des jonctions TiN/Al2O3 ont permis de démontrer la présence de pièges dans les jonctions et la fonctionnalité d’un SET à basse température (1,5 K). Le transfert de ce procédé sur CMOS et le procédé d’interconnexions verticales sont aussi développés par la suite. Finalement, un circuit 3D composé d’un nanofil de titane connecté verticalement à un transistor MOS est réalisé et caractérisé avec succès. Les résultats obtenus lors de cette thèse permettent de valider la possibilité de co-intégrer verticalement des dispositifs nanoélectroniques avec une technologie CMOS, en utilisant un procédé de fabrication compatible.

Mise en comparaison de deux méthodes d'évaluation environnementale territoriale pour en évaluer les forces, faiblesses et les complémentarités : l'analyse de flux de matières Eurostat et l'analyse de cycle de vie territoriale

La réalisation de l’évaluation environnementale, en France, est encouragée par l’existence de règlements, lois, directives et normes Européennes (notamment la Directive 2001/42/CE du Parlement européen et du Conseil du 27 juin 2001 relative à l'évaluation des incidences de certains plans et programmes sur l'environnement et la Loi n° 2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte). La compréhension du cadre Drivers – Pressures – State – Impacts – Responses permet de replacer les différentes méthodologies dans un cadre conceptuel plus large. Les méthodes d’analyse de flux de matières (Pressures) et d’analyse de cycle de vie (Impacts) sont les deux familles d’évaluation environnementale considérées dans ce travail. C’est plus précisément l’analyse de flux de matières selon Eurostat et l’analyse de cycle de vie territoriale qui ont été appliquées au territoire métropolitain d’Aix-Marseille-Provence. Un état de l’art relevant les études dans lesquelles sont réalisées des analyses de flux de matières a pu montrer que cette famille de méthodes informe sur le métabolisme des territoires à partir de différents types de flux. L’importance des flux indirects et des ressources minérales dans les métabolismes a ainsi été démontrée. Du côté des études analysant les cycles de vie sur les territoires, comme c’est le cas dans l’analyse de cycle de vie territoriale, la distinction faite entre les impacts et dommages, directs ou globaux, permet d’offrir des recommandations ciblées, améliorant la qualité de vie des citoyens. La mise en œuvre de ces deux méthodes sur le territoire métropolitain a mis en évidence l’importance dominante des flux indirects liés aux importations et exportations que génèrent les activités du territoire, elles-mêmes fortement influencées par la présence du port de Marseille-Fos. L’activité pétrochimique, qui caractérise elle aussi la métropole, est une grande consommatrice de combustibles fossiles, ce qui se reflète dans les volumes de flux calculés et leurs impacts associés. Les deux méthodologies s’avèrent complémentaires, chacune ayant ses forces et faiblesses respectives. Pour l’analyse de cycle de vie, la pensée cycle de vie et la prise en compte de la qualité de la matière, d’une part, et la facilité d’application et la marge d’erreur réduite de l’analyse de flux de matières, d’autre part, en plus de leurs résultats complémentaires, justifient un usage hybride pour la prise d’actions ciblées. En effet, la collecte commune des données rend intéressante leur exploitation et l’interprétation croisée de leurs résultats.