2.2 Caractérisation du pH-ChemFET
2.2.5 Etude des ISFETs issus du procédé microélectrodes intégrées Ti/Au déposé
La technique utilisée jusque là pour le dépôt des métaux (définie dans le procédé de fabrication que nous avons présenté) est de déposer la bicouche de Ti/Au sur toute la surface du substrat, de faire la photolithographie donc le dépôt de la résine protectrice, et par une attaque chimique graver les métaux sur toutes les surfaces non protégées du substrat. Cette méthode a montré ses limites, liées à des impuretés conductrices de surface nécessitant une étape de nettoyage supplémentaire qui n’est pas complètement sans effet néfaste. Ainsi pour éviter cela, nous allons essayer une autre technique de dépôt des métaux : le " lift-off " [Franssila 04]. Le principe du lift-off est de déposer la résine protectrice en amont, puis déposer le métal, de passer dans un bain
d’acétone pour le retrait de la résine et de la couche de métal déposée de manière non conforme. Ce procédé permet d’éviter l’étape de la gravure chimique. En effet le métal est déposé partout sur la couche de nitrure, celle ci est protégée par la résine, de ce fait il n’y a pas la possibilité d’avoir du titane résistant à l’attaque chimique sur l’isolant. Donc dans le cas, où le titane serait l’origine du courant de fuite (hypothèse 2), cette technique permet de limiter ce courant de fuite tout en évitant le traitement plasma et ses effets sur la surface et les variations de la tension de seuil. Dans le cas où des residus de résines seraient à l’origine du courant de fuite (hypothèse 1), le rapport signal sur bruit ne serait pas amélioré mais au moins nous aurons identifié la source de cette imperfection.
2.2.5.1 Procédé de Dépôt de métal par lift-off
Nous allons présenter ici les différentes étapes du dépôt " lift-off " en repartant de l’étape 16 donc après l’ouverture des contacts, jusqu’à cette étape le procédé reste inchangé et à partir de celle-ci nous allons suivre les étapes décrites ci-après :
â ETAPE 17 : Métallisation par lift-off TITANE/OR (200nm/800nm)
Avant de faire le dépôt des métaux par évaporation, nous réalisons la photolithographie par lift-off . Nous utiliserons pour le masquage la résine réversible AZ 5214. étant donné que la polarité est différente, nous réaliserons un masque adapté à la technologie lift-off.
Figure 2.48: Photolithographie lift-off et dépôt des métaux Titane/or Le dépôt de la résine par le lift-off se fait en suivant les séquences suivantes : F Préparation du substrat (nettoyage, déshydratation, promoteur d’adhérence) F Enduction à la tournette de la résine AZ 5214 (pré-recuit, détourage), F Insolation U.V. à travers le masque
F Recuit d’inversion F Insolation pleine plaque F Développement
Intégration de l’électrode de grille
·
83F Post-recuit
Après l’étape de photolithographie, nous déposons le titane et l’or par évaporation (figure 2.48). La dernière étape est le retrait de la résine, nous passerons le substrat dans un bain d’acétone, ainsi le métal déposé sur la résine va s’enlever avec celle-ci (figure 2.49).
Figure 2.49: Métallisation lift-off Titane-or
Après cette étape, nous reprendrons le procédé tel qu’il a été déjà décrit à partir de l’étape de recuit des métallisations (étape 19) et nous le suivrons jusqu’à l’étape de montage sur bâtonnet.
2.2.5.2 Caractérisation des composants
Après les étapes de réalisation, nous passons à la caractérisation de ces pH-ISFETs réalisés avec la technologie lift-off. Rappelons que nous utilisons toujours, pour polariser le milieu liquide, le fil d’argent chloré. Comme précédemment, dans un premier temps nous ferons des mesures I(V) avant de passer au banc de caractérisation en continue.
Tension de Seuil et Courant de fuite
Les mesures (figure 2.50) montrent que la tension de seuil est de ≈ 0, 7V ce qui entre dans la gamme admise. Elles montrent surtout que le courant de fuite correspond au résultat attendu, soit inférieur à 1µA (≈ 0, 3µA). Conformément à nos hypothèses ces résultats montrent bien que c’est bien le titane résiduel qui est la source du courant de fuite observée auparavant. Nous pouvons dire aussi que cette méthode de dépôt permet d’obtenir d’excellents résultats sans nécessiter les nettoyages plasma et buffer HF.
(a) Ids=f(Vds) dans la gamme de fonctionnement (0-3V) (b) Ids=f(Vds) dans la gamme de fonctionnement |-1 :0.5V|
Figure 2.50: Courant drain-source en fonction de la tension grille-source appliquée, procédé Titane/or déposé par technique de lift-off, avec le milieu polarisé par un fil d’Ag/AgCl
Sensibilité
Les résultats (figure 2.51) donnent une sensibilité proche de celle attendue et obtenue avec la technologie de dépôt pleine plaque des métaux, à savoir ≈ 50 mV/pH.
(a) évolution de la tension Vs lors de la manipulation (b) Tension Vs en fonction du pH du milieu
Figure 2.51: Sensibilité de l’ISFET issus du procédé Titane/Or "lift-off", avec le milieu polarisé par un fil d’Ag/AgCl
2.2.5.3 Conclusion
Nos réalisations en partant du procédé initial ont montré une anomalie, dont l’origine exacte a pu être déterminée, le titane indésirable qui n’a pas pu être gravé avec le procédé standard. Un moyen a été trouvé pour graver le titane résistant mais celui-ci impose un traitement par
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