La gravure ionique r´eactive, solution pour obtenir une porosit´e

Nous avons vu pr´ec´edemment que l’anodisation est arrˆet´ee (i.e. le courant est remis `a z´ero) lorsque les premiers pores d´ebouchent dans la deuxi`eme partie du bain HF. Cela signifie que tous les pores ne sont alors pas d´ebouch´es, ce qui peut s’expliquer par la plan´eit´e imparfaite de la plaquette de silicium qui provoque des diff´erences locales d’´epaisseur et aussi par la g´eom´etrie de nos membranes. En effet, le silicium en contact avec le HF est compos´e de membranes planes mais aussi de flancs inclin´es `a 54,7˚selon le plan cristallin <111> du silicium. L’attaque lors de l’anodisation n’est alors pas strictement confin´ee sur les parties membranes mais aussi sur les flancs (figure 3.12).

Cette forme de gravure en arc de cercle au niveau des flancs de la membrane peut a priori sembler curieuse : avec notre masquage d’or pr´esent sur les deux faces de la plaquette de sili- cium et plac´e identiquement sur chaque face (sym´etriquement par rapport `a la plaquette), nous pourrions nous attendre `a une gravure poreuse parfaitement anisotrope, progressant perpendi- culairement dans les zones o`u le silicium est `a nu (c’est-`a-dire les membranes, les flancs et les

Fig. 3.12: Vue en coupe de la face arri`ere d’une membrane apr`es anodisation, image r´ealis´ee par M.E.B. `

a effet de champ Hitachi S-5200. Les bords de la membrane ne sont pas poreux.

traits de d´ecoupe des membranes)(voir figure th´eorique 3.13).

Fig. 3.13: Sch´ema de la gravure poreuse attendue en fonction du masquage.

En fait, la gravure a une anisotropie moins marqu´ee, ceci ´etant sans doute dˆu aux ouvertures voisines dans le silicium qui perturbent localement chaque gravure de membrane. Cela provoque, comme dans le cas d’un masquage simple face (voir [3] p.108), un arrondissement l`a o`u nous

3.3. RENDRE LA MEMBRANE POREUSE

devrions trouver le mˆeme angle qu’au niveau des flancs de la membrane et une gravure qui d´eborde sous la couche d’oxyde de silicium.

Ce ph´enom`ene est accentu´e par un d´esalignement des deux faces des membranes pendant la photolithographie ce qui entraˆıne le mˆeme d´esalignement lors de la gravure chimique par la solution de KOH. Ce d´esalignement s’explique par l’utilisation d’un aligneur simple face pour la photolithographie l`a o`u un aligneur double face serait n´ecessaire : les deux faces de la plaquette de silicium ne sont pas align´ees entre elles mais chacune `a leur tour de fa¸con ind´ependante par rapport au m´eplat de la plaquette et grˆace aux platines microm´etriques de l’aligneur. L’alignement est donc grossier (´evalu´e `a +/- 50 µm d’apr`es les observations par microscopie ´electronique) mais n’a pu ˆetre r´ealis´e plus pr´ecis´ement faute d’´equipement ad´equat. La figure 3.12, repr´esentant un bord de la face arri`ere d’une membrane apr`es anodisation, nous montre que sur un contour d’environ 28 µm de large `a la p´eriph´erie de la membrane il reste entre 1 et 13 µm de silicium non poreux, cette ´epaisseur diminuant rapidement `a quelques dizaines de nm lorsque l’on se rapproche du centre de la membrane (figure 3.14). Cette bande de 28 µm de large, si l’on consid`ere que le d´esalignement est identique dans les directions x et y, et d’apr`es ce que nous avons dit pr´ec´edemment, doit se retrouver sur un deuxi`eme bord perpendiculaire. La surface de ces deux bandes est de 0,15 mm2 _{soit 2,1 % de la surface totale}

de la membrane. En gravant simplement 2 `a 3 µm de cette face arri`ere, le contour non poreux se r´eduirait `a une bande d’environ 20 µm et nous arriverions alors `a une porosit´e d´ebouchante d’environ 98,5 % qui nous semble satisfaisante.

Afin d’obtenir une porosit´e majoritairement d´ebouchante, nous avons choisi de graver les faces arri`eres des membranes par Reactive Ion Etching (R.I.E.), proc´ed´e de gravure s`eche par plasma r´eactif qui permet d’associer une gravure chimique par gaz r´eactif et une gravure m´e- canique par plasma. L’utilisation d’un bain de gravure humide du silicium, type KOH, est en effet exclue, le silicium poreux ´etant dissout par ce type de bases, mˆeme fortement dilu´ees. Cette technique est par ailleurs celle employ´ee pour retirer le silicium poreux lorsque celui-ci est utilis´e comme couche sacrifi´ee dans des proc´ed´es de microtechniques.

Les gaz r´eactifs choisis pour notre proc´ed´e de R.I.E. sont l’hexafluorure de soufre SF6 et

l’oxyg`ene O2, gaz couramment utilis´es pour une gravure anisotrope du silicium. D’autres gaz

pourraient ˆetre utilis´es, tel le CHF3 (gaz fluor´es). Dans un premier temps, nous avons utilis´e

un proc´ed´e standard de gravure utilis´e au L.P.M.O. (param`etres de gravure recens´es en annexe 3). Ce proc´ed´e nous permet de graver `a peu pr`es 0,6 µm de silicium par minute et des mesures d’´epaisseur de la membrane ont montr´e que la vitesse de gravure n’´etait que l´eg`erement acc´el´er´ee sur les zones d´ej`a poreuses du silicium. L’´epaisseur de silicium `a retirer ´etant faible (2 `a 3 µm), ce facteur n’a pas ´et´e pris en compte dans le proc´ed´e mis en oeuvre. Par contre, le dopage du silicium est un param`etre important : tout comme dans le bain de gravure KOH o`u le temps de gravure pour la mˆeme ´epaisseur passe pratiquement du simple au double entre les plaquettes type N+ et celles de type P+ pour les dopages choisis, le temps de gravure par R.I.E. sur les membranes augmente avec le dopage.

Fig. 3.14: Vue en coupe de la partie centrale de la face arri`ere d’une membrane apr`es anodisation, image r´ealis´ee par MEB `a effet de champ Hitachi S-5200. Une ´epaisseur de quelques dizaines de nm reste `a graver pour rendre les porosit´es d´ebouchantes. L’aspect poreux en surface est dˆu aux couches m´etalliques des contours qui cr´eent une diff´erence de potentiel entre le m´etal et le semiconducteur (mˆeme isol´e) entraˆınant la cr´eation sur une faible ´epaisseur de poreux sans courant.

3.3.6.2 Caract´erisation du d´ebouchage