ETAT DE L’ART DE LA GRAVURE PROFONDE DANS LA FILIERE GASB

Touchant aux composés antimoniures, peu d’écrits traitent de manière explicite d’un procédé de gravure profonde dans un tel système. Toutefois, des études plus générales sur leur gravure sèche ont été faîtes, celles-ci souvent accompagnant certains articles relatifs à la gravure sur GaAs. Comme nous l’avons déjà mentionné, des gaz communs sont utilisés pour la gravure de ces deux composés. Cette chimie commune s’appuie sur l’utilisation des gaz à base de chlore. Des gravures RIE sous plasma BCl3/Ar [23] ou même Cl₂/Ar [24] ont été étudiées. De plus, si l’on se réfère aux études consacrées à la réalisation de cavités couplées par des cristaux photoniques dans le système qui nous intéresse, les procédés technologiques ne sont pas véritablement clairs. Nous pouvons tout de même mentionner que des trous de profondeur approchant les 2 µm, ont été obtenus à partir de gravures RIE de type ECR avec un plasma Cl2/Ar [25].

II.3.

M

Œ

M

G

Après avoir présenté les principes et l’état de l’art de la gravure dans les matériaux III-V, nous décrivons les moyens utilisés et la procédure mise en place pour fabriquer le masque qui servira lors de la gravure des cristaux photoniques.

76 II.3.1. LITHOGRAPHIE ELECTRONIQUE

La lithographie électronique est une technique d’impression ou d’écriture de motifs nanométriques dans de la résine électrosensible. Cette technique utilise un faisceau d’électrons et a pour avantage, par rapport à la lithographie optique, de repousser les limites de diffraction de la lumière et d’avoir une résolution pouvant aller jusqu’au nanomètre. Le faisceau d’électrons est accéléré par une haute tension puis focalisé sur l’échantillon. Plusieurs paramètres rentrent en jeu comme la tension d’accélération des électrons, le diaphragme, la taille du champ, la dose qui correspond à la quantité d’électrons par unité de surface envoyés sur la résine.

La lithographie utilise des résines sensibles à l’irradiation des électrons accélérés. Une fois exposées au faisceau d’électrons, des chaînes de polymères (résine) se brisent et deviennent solubles dans des solutions chimiques particulières (révélateurs).

Les motifs désirés sont alors écrits dans la résine électrosensible à l’aide du faisceau d’électrons. Après exposition, le polymère dégradé est dissout dans une solution adéquate et le motif exposé est révélé. Nous dessinons au préalable les motifs que l’on désire reproduire sur notre échantillon dans des fichiers normalisés de type GDSII.

Le LAAS dispose d’un masqueur de type RAITH 150. Des motifs avec une résolution de 20 nm peuvent être réalisés par cet équipement. La tension maximale permise est de 30 kV. Pour l’écriture des miroirs à cristaux photoniques, nous avons choisi une tension d’accélération de 20 kV, un diaphragme de 20 µm et des champs de 100 µm afin de faire un compromis entre la vitesse d’écriture et la résolution.

Pour définir la dose optimale d’écriture des CPs, nous avons effectué des tests de calibration sur un échantillon test. Pour cela nous avons codé des réseaux de trous dont le diamètre et le pas sont constants. Respectivement, ces paramètres sont fixés à 350 nm et 600 nm. Au cours de ces tests, nous avons fait varier, hormis la dose, le nombre de rangées des trous en travaillant avec des rangées de 5, 11 et 21.

Pour la réalisation de trous de diamètre donné, nous devons évaluer le meilleur couple : dimensions du trou codé – dose. Autrement dit, les motifs codés sur le masque (fichier GDSII) doivent se reproduire sur l’échantillon avec les mêmes dimensions, c’est-à-dire que le diamètre des trous soit le plus proche possible de celui dessiné sur le masque.

Cependant, compte tenu de l’utilisation de plasmas chlorés et du fait que ceux-ci sont des procédés hautement corrosifs, la résine électrosensible n’est pas assez résistante [26] pour des gravures de profondeurs importantes d’environ 2 µm, aussi elle ne peut être utilisée seule comme masque. Par conséquent, la solution d’utiliser un masque intermédiaire est largement répandue. Des couches de diélectriques telles que SiNx ou

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à haute densité telle que la gravure ICP [13][17][27] et même pour des gravures RIE avec des sources à ECR [11] ou une gravure par faisceau d’ions assistée chimiquement (CAIBE) [12][19][20].

Au LAAS, nous avons choisi d’introduire un masque intermédiaire de silice de 200 nm d’épaisseur pour répondre à nos exigences en termes de profondeurs. Aussi, sur un substrat massif de GaSb, nous déposons la silice par PECVD. Les conditions de dépôt ont été choisies de façon à avoir une vitesse de dépôt lente pour mieux contrôler l’épaisseur du dépôt et obtenir un procédé reproductible. Pour cela, nous avons retenu comme paramètres une température de 300°C et un faible débit de silane. La durée de dépôt a été ajustée à 4 minutes et 35 secondes pour obtenir l’épaisseur désirée.

Sur la couche de silice, nous déposons à la tournette une couche homogène de résine électrosensible. Dans notre cas, il s’agit du PMMA (PolyMéthylMéthAcrylate) qui est une résine positive. Celle-ci est diluée au laboratoire dans de l’Anisole, un solvant appelé méthoxybenzène qui a comme propriété de s’évaporer lentement, aussi cette dilution nous permettra de mieux recouvrir nos échantillons déjà structurés. Selon les conditions de dépôt et les concentrations de dilution, nous obtenons des épaisseurs différentes de PMMA. Pour une concentration de 70 g/l, une vitesse d’enduction de 3000 tr/min et une accélération de 5000 tr/min, 420 nm de PMMA/Anisole sont déposés sur l’échantillon. Après l’insolation des motifs désirés, ces derniers sont révélés dans une solution de MIBK-IPA (Méthyl isobutyl cétone -isopropanol) (1:3).

Nous répétons les motifs tests de notre étude en faisant varier la dose de 352.5 µC/cm² à 150 µC/cm². Ainsi, pour chaque motif nous avons pu déterminer, après révélation et observations MEB, la dose optimale qui nous permet d’obtenir un procédé reproductible et précis. Cela nous a permis de mettre en évidence, comme l’illustre la Figure 3.1, que pour un nombre élevé de rangées (par exemple 21) l’effet de la dose est beaucoup plus significatif. En effet, si l’on considère l’observation MEB faite pour les 21 rangées, il apparaît qu’à une dose de 352.5 µC/cm² les motifs ont l’air « dilaté », notamment au centre du motif. Il s’agit là d’une « surdose » des motifs, la résine est dans ce cas précis « surexposée » au faisceau d’électrons entraînant l’augmentation du diamètre des trous ainsi que l’apparition d’un effet de proximité. Ce dernier effet est moins visible pour un nombre de rangées plus petit, mais l’augmentation du diamètre est bien présente si l’on regarde de plus prés les motifs à 5 et 11 rangées. A l’inverse, pour une dose inférieure à 200 µC/cm², les motifs sont « sous-dosés ». La résine a été « sous-exposée » au faisceau d’électrons ce qui donne à la révélation un effet de trous « bouchés ». Ces observations nous permettent de fixer la dose à 240 µC/cm², les motifs sont reproduits sur notre échantillon avec des tailles de trous semblables à celles qui ont été codées.

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352.5 µC/cm² 240 µC/cm² 150 µC/cm²

Figure 3.1 : Influence de la dose sur le diamètre des trous à 5, 11 et 21 rangées (du haut vers le bas).

II.3.2. PROCEDE DE GRAVURE DE MOTIFS NANOMETRIQUES DANS LA SILICE