Cartographie par diffraction des rayons x à l'échelle du micromètre des contraintes intragranulaires et des orientations cristallines d'un film d'or déposé sur une micro-poutre en silisium

Micro scanning x-ray diffraction of residual stresses and grain orientation in a gold thin film deposited on a polycristalline silicon micro cantilever

¹ LMP-UMR 6630 CNRS, Université de Poitiers, SP2MI, Bd Marie et Pierre Curie, BP 30179, F-86962 Futuroscope Chasseneuil Cedex
² ENIT, avenue d'Azereix, BP 1669, F-65000 Tarbes
³ CNES, Agence Spatiale Française, 18 avenue Edouard Belin, F-31401, Toulouse cedex 4
⁴ Lawrence Berkeley National Laboratory, 1 Cyclotron Road, Berkeley 94720, USA

Résumé

Dans les micro-dispositifs, les contraintes résiduelles ont accru les risques d'endommagement en cours de fabrication et de défaillance en service. Ces contraintes d'origine thermomécanique ne sont plus maîtrisables par des moyens empiriques et il est donc nécessaire d'utiliser conjointement des techniques expérimentales et des méthodes numériques afin d'améliorer la connaissance des interactions mécaniques entre matériaux présents dans ces architectures de dimension micrométrique. L'objet de cet article est de présenter une des nombreuses applications de la micro-diffraction à l'étude des contraintes résiduelles et de la microstructure à l'échelle du micromètre dans des micro-dispositifs. Les résultats obtenus dans le cas d'un dépôt d'or de 0,56 μm sur une poutre de silicium polycristallin de 20 μm de large et de 100 μm de long permettent de valider des mesures et simulations macromécaniques réalisées sur les mêmes objets.

Abstract

Residual stresses can occur in micro devices during process and operation, giving rise to damage and even to failure. These thermo-mechanical stresses are difficult to predict from empirical methods and thus experiments and numerical simulation have to be done together in order to improve our understanding of mechanical interaction at meso scales between materials present in these complex systems. In this paper, a new X-ray diffraction technique has been used for studying residual stresses and microstructure at a micron scale in a 0.56 μm thick gold thin film deposited on a polycrystalline silicon cantilever 20 μm large and 100 μm long. The obtained results allow validating macro mechanical measurements and simulations performed on the same systems.