Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - Campus de Marcoussis
Français Anglais
Technologies Génériques > Gravure sèche
image 2
image 3
image 6

GravSec

Trait horizontal

Puce Présentation

Puce Membres

Puce Publications

Puce Stages passés et en cours


Trait vertical

Puce Présentation

La gravure sèche consiste à transférer dans une couche ou un empilement de couches un motif défini au laboratoire par lithographie UV, lithographie électronique ou par nanoimpression.

Ce transfert peut nécessiter une recherche très pointue suivant la taille du motif (<500nm), la nature de la couche gravée, la sélectivité par rapport au masque (>10), l'anisotropie, le rapport d'aspect (>20), la rugosité (<5nm) ou la qualité cristalline souhaités.
Il s'agit d'optimiser à la fois le procédé plasma utilisé et la nature du masque qui lui est adapté. Au LPN ce développement est souvent associé, pour une meilleure compréhension des intéractions plasma-surface, à une recherche des mécanismes de gravure.

La ressource Gravure assure la réalisation des gravures sèches pour les projets de recherches internes au laboratoire nécessitant cette étape technologique. Elle répond également aux demandes de gravure exprimées dans des projets externes au titre de la centrale de Technologie.

Dans le cadre de sa mission, l'équipe technique responsable de cette ressource

  • développe les procédés spécifiques répondant aux nouveaux sujets de recherche,
  • veille à la pérennité des procédés, ainsi qu'à leur optimisation,
  • a en charge la formation des utilisateurs sur les équipements en libre-service ou en service restreint, et assure auprès des utilisateurs un rôle de conseil en répondant aux besoins spécifiques de chacun,
  • possède l'expertise technique sur les équipements de gravure, leur conception, leur développement, et veille à leur maintenance

Puce Moyens techniques

Pour mener à bien sa mission la Ressource Gravure dispose de plusieurs techniques de gravure différentes : gravure par plasma réactif (couplage capacitif CCP- RIE ou couplage inductif ICP-RIE), et de gravure par faisceau d'ions (IBE, RIBE) :

  • Gravure par RIE à Couplage Capacitif
nextral n°63 Equipement CCP-RIE NEXTRAL NE100

Gaz : SF6,CHF3,O2
Matériaux : Si, SiO2, Si3N4, Ti, W, Ge, Nb, TiO2, résines, polymères, polyiamides

nextral n°73 Equipement CCP-RIE NEXTRAL NE100

Gaz : SF6,CHF3,O2
Matériaux : Si, SiO2, Si3N4, résines non durcies

nextral n°56 Equipement CCP-RIE NEXTRAL NE100

Gaz :SiCl4,CH4,H2,Ar,O2
Matériaux : III.V (GaAs,InP), ternaire, quaternaire, nitrures de III.V

  • Gravure par Plasma Haute Densité-Couplage Inductif
bati ICP 1 Equipement ICP-RIE SENTECH SI500

Gaz : Cl2,BCl3,HBr,CH4,H2,Ar,He,O2
Matériaux : III.V principalement

ICP2 Sentech SI500S     Equipement ICP-RIE SENTECH SI500S

Gaz : BCl 3 ,Cl 2 ,HBr,HCl,SiCl 4 ,SiH 4 ,CH 4 ,SF 6 , H 2 ,O2,Ar,He,N 2 ,Xe
Matériaux: Semi-conducteurs III-V, Pyrex, certains métaux, quelques grenats.

  • Gravure par faisceaux d'ions
bati IBE Roth&Rau 1 Equipement IBE/RIBE Roth&Rau

Gaz : Ar,CH4,H2,O2
Matériaux : Tous

  • Délaquage, oxydation
Nanoplas

Equipement: ICP-RIE downstream NANOPLAS DSB6000
Gaz : O2, Ar, SF6 
Materiaux : Résines (délaquage, fonds de résine), Semiconducteurs (oxydation)

Puce Savoir-faire

Les procédés développés au laboratoire pour la gravure sèche de métaux, résines ou polymères et de semi-conducteurs ont notamment permis la réalisation :
  • de masques absorbants en tungstène (W) de dimensions nanométriques pour la lithographie par rayons X, et de réseaux absorbants en silice pour l'irradiation ionique (Applications du Groupe NANOFLU)
  • de micro-cavités gravées GaAs/AlGaAs de taille submicronique et à haut facteur de qualité (Q > 1000 ) présentant des modes de photons confinés (Applications du Groupe PEQ)
  • rubans lasers de type ridge en InGaAsP/InP ou InGaAs/GaAs. (Applications du Groupe PHODEV)
  • cristaux photoniques réseau triangulaire de trou 2D, InP/InGaAsP à grand facteur d'aspect sur matériau massif et présentant de faibles pertes optiques sur des structures à membrane InP/Air (Applications du Groupe PHODEV)
  • la gravure profonde de multicouches InP/InGaAs pour la réalisation de membrane InP/Air intégrées dans des dispositifs à émission par la surface (Applications du Groupe ELPHYSE)
  • la gravure profonde sur GaAs (Applications du Groupe PHYNANO)

Certaines de ces études ont été accompagnées d'une recherche des mécanismes mis en oeuvre lors de la gravure à l'aide de moyens d'analyse de la phase gazeuse du plasma et des surfaces en contact.
Par exemple : Les chimies de gravure passivantes par dépôt d'oxyde de silicium sont étudiées et utilisées pour la gravure anisotrope d'hétérostrures III-V à base de GaAs et d'InP. En particulier, les chimies Cl2-H2/O2 et HBr/O2 assistées par la gravure de silicium ont été développées pour la gravure de guides d'ondes laser sur InP et GaAs de type shallow ou deep ridge, et sont également utilisées pour la gravure anisotrope de micro-cavités verticales.

Réalisations dans le cadre de collaborations ou projets externes:

Laboratoire de Physique du Solide (Orsay) : Développement d'un masque suspendu en Vitrex pour le lift-off des matériaux étudiés pour la réalisation de nano-structures hybrides Supraconducteur/Ferromagnétique.

Société Picogiga

gravure d'empilements GaN/AlGaN : gravure profonde pour l'isolation de transistors, gravure peu profonde pour l'obtention de contacts ohmiques.

La ressource gravure sèche du LPN a pour vocation d'effectuer des gravures profondes (jusqu'à 100µm) sur les matériaux III.V pour des motifs micrométriques et des gravures peu profondes (<10µm) sur différents types de matériau pour des structures nanométriques à fort facteur de forme en configuration massive ou sur membrane. Elle n'a pas pour vocation d'effectuer des gravures profondes sur d'autres matériaux que les matériaux III.V et en particulier le Silicium.

Retour sommet page

Puce Membres

Contacts

 Ferlazzo Laurence  (+33) 1 69 63 60 70  
 Guilet Stephane  (+33) 1 69 63 60 71  

Retour sommet page

Puce Publications

Publications dans des journaux
Retour sommet page

Puce Stages passés et en cours

Post-doctorat


  • Passivation in-Situ contrôlée par oxYnitrure de silicium en gravure plasma ICP Chloré pour la fabrication de dispositifs photoniques ultimEs

  • L. Gatilova-(2008-12-01 / 2010-12-01)
    Contact : S. Bouchoule , P. Chabert
    Groupe : Dispositifs Photoniques (PHODEV)


    En savoir plus
    L’objectif du travail post-doctoral est de développer une chimie de gravure par plasma à couplage inductif (ICP) haute densité pour la gravure anisotrope à fort facteur d’aspect de matériaux III-V. L’idée principale est d’introduire dans les chimies de gravure classiques (Cl2, BCl3 et HBr), une faible quantité d’un précurseur du silicium qui, complété par de l’oxygène (ou de l’azote), permettra de former un redépôt passivant de type SiO(N)x sur les flancs gravés. Les mécanismes de formation de cette couche et les moyens de contrôler sa composition et son épaisseur (5 – 50 nm), soit par injection en faible quantité des gaz précurseurs du redépôt avec les gaz réactifs pendant la gravure, soit de manière in-situ en post-gravure. Le rôle du redépôt passivant est d’inhiber la gravure latérale en cours de la gravure pour améliorer l’anisotropie, ou de créer in-situ (c-à-d sans remise à l’air) une couche de passivation indépendamment de l’étape de gravure. Cette étude est effectuée dans le cadre du projet PSYCHE soutenu par le RTRA – Triangle de la Physique, et le travail post-doctoral est co-encadré par le LPN et le Laboratoire de Physique et Technologies des Plasmas (LPTP, CNRS Ecole Polytechnique – P. Chabert)

  • Gravure plasma ICP en chimie chlorée pour le nanopatterning et la gravure à fort facteur d'aspect des III-V : compréhension des mécanismes physico-chimiques en jeu pour l'amélioration des performances des dispositifs.

  • G. Curley-(2008-10-01 / 2010-10-01)
    Contact : S. Bouchoule , L. Vallier
    Groupe : Dispositifs Photoniques (PHODEV)


    En savoir plus
    L’objectif general du travail post-doctoral est d’étudier les mécanismes de formation des depots passivants aux parois ainsi que sur les flancs des structures III-V gravées en plasma à couplage inductif a base de chlore et de brome (HBr), en vue d’aboutir à un meilleur contrôle des procédés de gravure anisotrope nécessaires à la fabrication de nombreux dispositifs. Nous explorerons la possibilité de mesurer le taux de pertes aux parois des espèces les plus importantes (Cl, Br, H, O, ..) pour les procédés de gravure développés au laboratoire. Les recombinaisons aux surfaces des radicaux responsables de la gravure (Cl, Br, H , ..), comme d’espèces plus lourdes (telles que SiClx, BClx, etc..) susceptibles d’intervenir dans la formation de couches passivantes influencent en effet directement la concentration de ces radicaux et de ces espèces dans le plasma. Des procédures de nettoyage et de reconditionnement du réacteur seront évaluées et nous étudierons la possibilité de mettre en place sur le réacteur du LPN une technique de monitoring du nettoyage. Enfin, les mécanismes de formation des depots passivants sur les flancs des structures III-V seront étudiés, en s’appuyant sur les techniques de caractérisation TEM-EDX-EELS au LPN (G. Patriarche), et XPS ex-situ ou in-situ en collaboration avec le Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (LTM, CNRS, Grenoble – L. Vallier). Ce travail s’effectue dans le cadre d’un contrat post-doctoral du CNRS co-encadré par le LPN et le LTM (L. Vallier), en collaboration avec le Laboratoire de Physique et Technologies des Plasmas (LPTP, CNRS-Ecole Polytechnique) pour l’étude des mécanismes de pertes aux parois et l’équipe Plasma et Couches Minces de l’Institut des Materiaux Jean Rouxel de Nantes (IMN) pour l’analyse XPS ex-situ.

Stage


  • Depot de couches de passivation en oxynitrure de silicium ou en carbone amorphe pour la gravure anistotrope de matériaux III-V par plasma à couplage inductif (ICP) en chimies chlorées

  • H. He-(2010-03-10 / 2010-07-31)
    Niveau : Master2
    Contact : S. Bouchoule
    Groupe : Dispositifs Photoniques (PHODEV)


    En savoir plus
    L’objectif du stage est de développer, dans un réacteur de gravure plasma à couplage inductif (ICP) en chimie chlorée dédié à la gravure de matériaux semiconducteurs III-V, des procédés de dépôt de couches minces (~ 20 nm) de type SiNxx, puis a-C:H, pour deux applications principales : - Optimisation d’un procédé de dépôt de couche mince SiNx à basse température (< 100°C) en utilisant la chimie SiH4/N2, pour encapsuler de manière in-situ après l’étape de gravure une cavité optique (AlAs/GaAs). Il s’agira de comparer l’efficacité de ce dépôt d’encapsulation, à celle de dépôts SiOx, ou a-C:H, et à l’encapsulation ex-situ. - Etude de l’efficacité de ces trois types de dépôts ou de leur combinaison pour réaliser une couche de protection des parois du réacteur contre l’atmosphère des plasmas de gravure chlorés, puis son retrait à l’issue de l’étape de gravure pour retrouver l’état initial du réacteur. Les procédés de dépôt de protection des parois pourront entrer dans une recette de conditionnement générique du réacteur ICP. Le procédé d’encapsulation pourra être appliqué à la réalisation d’un laser à polaritons de type micro-pilier en injection électrique. Ce stage est effectué dans le contexte du projet RTRA-Triangle de la Physique ‘PSYCHE’ (RTRA A0 2008-1 PSYCHE) Techniquse mises en œuvre : plasma ICP, suivi laser interférométrique, spectroscopie d’émission, ellipsométrie spectroscopique, analyse EDX couplée a l’imagerie STEM Autres collaborateurs LPN : L. Gatilova, G. Patriarche, X. Lafosse, C. Ulysse, Equipe Gravure.

  • Mise au point de procédés pour la validation d'un équipement de gravure fluorée

  • H. Kostali-(2004-01-05 / 2004-03-12)
    Niveau : DUT
    Contact : L. Ferlazzo
    Groupe :


    En savoir plus
    Stage de DUT - Le stage propose de mettre au point des procédés sur un nouvel équipement de gravure fluorée sur la base de développements précédemment effectués dans une machine similaire. Les configurations différentes des deux équipements nécessitent des mises au point optimisées en terme d'anisotropie (verticalité de la gravure), de sélectivité (vitesse de gravure de la couche par rapport à celle du masque), de reproductibilité des résultats, sur différents matériaux.

  • Etude et comparaison de différents matériaux susceptibles d'être utilisés comme masque de gravure profonde de semiconducteurs III-V

  • A. Zarghoune-(2004-01-05 / 2004-03-12)
    Niveau : DUT
    Contact : C. Meriadec
    Groupe :


    En savoir plus
    Stage de DUT - L'objet du stage consiste à sélectionner les matériaux susceptibles de former des masques adaptés aux conditions de gravure ''sèche'' profonde et aux tailles de motifs de plus en plus petites, avec un bâti de gravure de type RIE.
Retour sommet page

Nous contacter         Annuaire         Venir au C2N Marcoussis