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IBM is combining forces with the Université de Sherbrooke to introduce intelligency, which are sensors, in microelectronics module. The project is to make the assembly process of a chip more robust thanks to the sensor data. These microelectronics module are used in high-performance computing servers or telecommunications. The objectives are to design, characterize and embed 109 micro-sensors, having dimensions below 1 x 100 x 100 µm3. These micro-sensors will be on chip and measure temperature, moisture and strain. Thus these micro-sensors will give the spatial distribution of temperature, moisture and strain into the microelectronics module in severe environments. The carbon nanotube-based sensor realized are very sensitive to moisture and temperature, as example the output quantity value of the sensors is reduced by 50 per cent with a temperature excursions from -40 to 140 ℃. I developed a novel method to separate the temperature response from the moisture one, using the impedance properties of the sensor., L’entreprise IBM a lancé en 2014 un projet de recherche pour introduire de l’intelligence, c’est-à-dire des capteurs, dans des modules micro-électroniques. Le projet vise l’amélioration, à partir des données des capteurs, des procédés d’assemblage de puce qui serviront dans des serveurs pour du calcul haute performance ou les télécommunications.Mon projet consiste à concevoir, caractériser, puis intégrer 109 micro-capteurs, de dimensions 1 x 100 x 100 µm3, de température, humidité et contrainte sur une puce électronique de 2 x 2 cm2. L’objectif est d’obtenir en temps réel la répartition de l’humidité, la température et la contrainte dans l’assemblage, en environnement sévère.Les capteurs à base de nanotubes de carbone réalisés sont très sensibles à l’humidité et la température, avec par exemple une variation de 50% de la grandeur de sortie du capteur pour une variation de -40 à 140 °C. J’ai proposé une méthode novatrice à partir des propriétés de l’impédance du capteur permettant la séparation de la réponse à la température de celle à l’humidité.

Within the three-dimensional (3D) integration associated with the use of an increasing amount of integrated circuits (ICs), there is strong need of high capacitance density (≥ 1 μF.cm-2) decoupling capacitors, able to operate on large frequency bandwidth, in order to reduce the noise that can comprise the signal integrity in ICs. The main challenge of these capacitors relies on the deposition of thin films (≤ 100 nm) using innovative materials with high relative permittivity (ε_r > 200 à 1 GHz) and «low cost» technologies compatible with large scale integration.The proposed approach in this thesis benefits in one hand on the possibility of synthetizing and using Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST) nanoparticles (Ø = 16 ± 2 nm, ε_r = 260 at1 kHz) – using the supercritical fluids technology – as dielectric material and on the other hand, on the use of spray coating as technique for the integration of these materials as thin films. First of all, the BST nanoparticles were synthesized and functionalized with specific ligands (3-aminopropylphosphonic acid, APA), in order to obtain colloidal suspensions composed by aggregates with size (Ø < 100 nm) showing few fluctuations during 2 months. The grafted ligands also improved the adhesion of the deposited films (self-assembling) on the copper (Cu) substrate. The variation of different parameters related to the solution (concentration, mechanical dispersion duration) and the deposition technique (substrate temperature, flow rate), helped to define the optimal conditions leading to uniform films based on functionalized nanoparticles (BST-APA). Thin films of 200 ± 50 nm thickness were obtained. After deposition of aluminum pads (Al) on BST-APA films and used as top electrode, the capacitance-tension (C-V) and current-tension (I-V) characteristics of capacitors with Al/BST-APA/Cu structure enabled us to extract a high capacitance density (~ 0.7 μF.cm-2) and a leakage current (~ 25 μA.cm-2) at 1 V. The obtained results of this thesis show that the spray coating is an alternative to the processes (related to a high cost) reported in the state of the art, for the fabrication of capacitors associated with high electrical performances., Dans le cadre de l’intégration tridimensionnelle (3D) associée à l’utilisation d’un nombre croissant de circuits intégrés (CIs), le besoin en condensateurs de découplage à forte densité de capacité (≥ 1 μF.cm-2), capables d’opérer sur une gamme de fréquences de plus en plus étendue, est crucial afin de limiter les fluctuations de tension d’alimentation au niveau des CIs. Le principal frein au développement de ces condensateurs réside dans l’obtention de couches minces (≤ 100 nm) à partir de matériaux ayant une forte permittivité relative (ε_r > 200 à 1 GHz), des technologies compatibles avec une intégration à grande échelle, et peu coûteux.L’approche proposée dans cette thèse s’appuie d’une part, sur la possibilité de synthétiser des nanoparticules diélectriques à base de Ba0.6Sr0.4TiO3 [BST] (Ø = 16 ± 2 nm, ε_r = 260 à 1 kHz) - obtenues en milieux fluides supercritiques - comme matériau diélectrique et d’autre part, sur la pulvérisation de jets ou spray coating comme technologie de dépôt en couches minces. Dans un premier temps, les nanoparticules de BST ont été synthétisées et fonctionnalisées par l’acide 3-aminopropylphosphonique (APA), dans le but de les disperser dans un solvant et d’obtenir des suspensions colloïdales stables. Les ligands ont aussi pour fonction d’améliorer la tenue mécanique des films (auto-assemblage) sur le substrat de cuivre (Cu). La variation de paramètres liés à la solution à base des nanoparticules (concentration, durée de dispersion mécanique) et à la technique de dépôt (température du substrat, débit), ont permis d’optimiser les conditions pour obtenir des films uniformes à base de nanoparticules fonctionnalisées (BST-APA). Des films de 200 ± 50 nm d’épaisseur ont ainsi pu être obtenus. Après dépôt de plots d’aluminium (Al) sur les films à base de BST-APA et utilisés comme électrode supérieure, les caractéristiques capacité-tension (C-V) et courant-tension (I-V) des condensateurs de structure Al/BST-APA/Cu ont permis d’extraire une densité de capacité élevée (0.71 μF.cm-2) et une densité de courant de fuite (25 μA.cm-2) mesurées à 1 V. Les résultats obtenus au cours de cette thèse montent que la pulvérisation de jets est une alternative aux procédés coûteux reportés (ablation laser, pulvérisation) dans l’état de l’art, pour la fabrication de condensateurs de hautes performances.