Conclusion des tests de masquage

Nous avons développé une technique de porosification localisée du SiC utilisant un film de polymère fluoré déposé par PECVD dans un réacteur ICP en utilisant du C4F8 et du H2. Cette technique fonctionne bien et permet d’obtenir des zones de SiC poreux bien définies. Cette technique est basée sur des travaux dans la littérature [65], mais notre implémentation comporte quelques avantages importants :

- Dans la référence [65], le dépôt est fait en utilisant du C2H4 et du CHF3. Nous avons remplacé ces gaz par du C4F8 et du H2, qui sont beaucoup plus communs.

- Nous avons simplifié le procédé, puisque nous faisons la mise en forme du polymère fluoré avec la photorésine comme masque, ce qui évite l’utilisation d’un masque dur. La sélectivité permet d’utiliser la photorésine seule jusqu’à une épaisseur du polymère fluoré d’environ 1 µm.

Nous avons remarqué la présence de défauts dans le masque, ce qui entraîne la formation de petites zones poreuses à l’intérieur des zones masquées. Ces défauts sont à priori dus au claquage électrique au niveau du masque. Nous avons confirmé sur silicium que cela peut être évité en augmentant l’épaisseur de la couche de polymère fluoré (200 nm lors de nos tests).

6.6 Conclusions

Nous avons étudié la résistance chimique du carbure de silicium poreux, son comportement à haute température sous atmosphère inerte et oxydante, sa tenue mécanique, et développé une technique de masquage pour la porosification localisée.

Lors des tests chimiques, nous avons testé une large sélection de produits chimiques commu-nément utilisés pour le nettoyage, la photolithographie, et la gravure humide. Aucun de ces produits n’a gravé le carbure de silicium poreux, sauf le RCA SC-1 qui l’a très légèrement attaqué après un temps d’exposition très long (1h30). De plus, nous avons montré que le silicium poreux résiste au piranha, le RCA-SC2 et l’eau régale.

Les tests en température montrent que le carbure de silicium poreux reste stable au moins jusqu’à 1000◦C, sous atmosphère inerte et oxydante. Sa stabilité augmente lorsque sa porosité diminue, et certains échantillons ont résisté à des températures aussi élevées que 1400◦C. Nous n’avons que des informations qualitatives concernant les propriétés mécaniques du carbure de silicium poreux, mais celles-ci sont encourageantes car il ne montre pas de fragilité excessive. Encore une fois, la résistance mécanique diminue lorsque la porosité augmente, mais à faible porosité le carbure de silicium poreux semble être assez résistant.

Nous avons implémenté et amélioré une méthode de masquage utilisant un film mince de polymère fluoré, permettant la porosification localisée du SiC.

Ces résultats signifient d’abord que le carbure de silicium poreux peut être intégré sans problème dans les procédés de micro-fabrication. Les produits chimiques testés représentent les procédés communs de micro-fabrication et aucun d’entre eux ne l’a gravé de façon significative. De plus avec une stabilité jusqu’à au moins 1000◦C, cela couvre la grande majorité des procédés de micro-fabrication. En ce sens le carbure de silicium poreux est largement supérieur au silicium

poreux. De plus, grâce au procédé de masquage simple et efficace que nous avons implémenté, le carbure de silicium poreux peut être intégré facilement dans des dispositifs.

Les conditions auxquelles serait exposé le carbure de silicium poreux dans un dispositif est spécifique à chaque application. Toutefois la résistance chimique et la stabilité en tempéra-ture que nous avons démontrées devrait lui permettre de fonctionner dans un large éventail d’environnements exigeants.

6.6.1 Travaux futurs

Les travaux suivants sont recommandés :

- Vérifier la gravure du carbure de silicium poreux dans le produit de nettoyage RCA SC-1 - Évaluer la stabilité à haute température sous atmosphère de H2

- Mesurer le degré d’oxydation du carbure de silicium poreux, et mesurer l’éventuel gonfle-ment de la couche

- Mesurer de façon quantitative les propriétés mécaniques du carbure de silicium poreux - Confirmer que l’augmentation de l’épaisseur du film de polymère fluoré permet d’éliminer

CHAPITRE 7

CONCLUSIONS

7.1 Synthèse

L’objectif de ce projet était de développer des matériaux d’isolation thermique plus performants que les solutions actuelles, tout en restant dans la filière des semiconducteurs poreux afin de bénéficier de leur facilité d’intégration dans les procédés de micro-fabrication. Nous avons donc poursuivi deux approches : i) améliorer les performances du silicium poreux afin d’atténuer les problèmes causés par sa porosité et ii) développer un matériau nouveau, le carbure de silicium poreux.

Pour la première approche nous avons développé une technique utilisant l’irradiation avec des ions lourds à haute énergie (de l’uranium à 110 MeV) pour amorphiser le silicium poreux, et réduire sa conductivité thermique. Une étude systématique a été réalisée en fonction de la dose d’irradiation et de la porosité, en mesurant la conductivité thermique et la fraction amorphe dans le Si poreux par spectroscopie Raman. La conductivité thermique diminue lorsque le taux d’amorphisation augmente, pour atteindre des réductions de la conductivité thermique d’un facteur de trois. Cette technique peut être combinée avec une autre technique de réduction de la conductivité thermique, la pré-oxydation à 300◦C, pour atteindre une réduction cumulée de la conductivité thermique d’un facteur de cinq. Le grand avantage de cette technique est qu’on peut garder le même niveau d’isolation thermique, mais pour une porosité plus faible, donc on réduit les problèmes liés à la faible tenue mécanique du silicium à forte porosité. En effet, le silicium poreux à 56% de porosité amorphisé à 83% a une conductivité thermique plus faible que celle du silicium poreux non-irradié à 75%.

L’étude structurale au MEB montre que l’amorphisation n’induit pas de changements de structure à l’échelle mésoscopique, à part pour des taux d’amorphisation très élevés, donc le Si poreux conserve sa porosité. Le degré d’amorphisation peut être contrôlé facilement en ajustant la dose d’irradiation, et nous avons fait varier le degré d’amorphisation entre 35 et 100%. Cette technique est également intéressante d’un point de vue fondamentale puisque c’est la première fois que du silicium cristallin a été amorphisé au régime électronique avec des espèces mono ioniques.