1 Les masques

La technologie d’adressage étant souple à mettre en œuvre, vue qu’elle se cantonne à l’anneau de la résistance, de nombreuses possibilités de design s’offrent à nous. Compte tenu de l’expérience acquise sur les phénomènes thermiques grâce à la simulation et aux précédentes réalisations, notre choix s’est arrêté sur la réalisation de quatre matrices différentes qui permettront d’étudier et de valider des points différents.

Dans un souci d’optimisation et de compacité, un remaniement de la forme de la résistance est effectué et la connexion des éjecteurs à l’alimentation électrique se fait par l’intermédiaire de lignes d’or qui viennent au plus prés de l’actionneur thermique. Cette

modification implique que deux niveaux de métallisation, séparés par une couche isolante, soient présents sur la membrane. Les résultats des simulations et autres observations montrent que la chaleur se dissipe dans la membrane dans une direction perpendiculaire à la résistance chauffante. Les simulations pour une résistance chauffante purement résistive nous ont montré que cette répartition de chaleur se fait sur un cercle de rayon de 150µm. En gardant à l’esprit le critère de non interaction avec le micro-éjecteur voisin, les résistances sont inclinées à 45° pour laisser libre cette zone d’expansion de chaleur. Deux types de matrices sont donc réalisées, la première où les zones actives sont inclinées à 45° et les plots de raccordements sont mis à la verticale et à l’horizontale pour permettre la connexion des lignes et colonnes, la deuxième, plus compacte où les amenées sont également obliques.

Figure III.34 : Matrice à amenées verticales et horizontales

Figure III.35 : Matrice à amenées à 45°

Une intégration plus dense que celles présentées ci dessus pose le problème de l’influence des lignes d’or sur la zone d’expansion de chaleur. Afin d’étudier ce facteur d’influence un troisième type de matrices est réalisé où les résistances chauffantes sont réduites au minimum et sont positionnées au plus serré.

Figure III.36 : Matrice à résistances verticales et lignes et colonnes compactes

D’un point de vue technologique, ce type de réalisation est assez lourd en raison de la présence de deux niveaux de métallisation. La mise en œuvre d’un niveau de métallisation demande quatre étapes technologiques chacune. Il faut recouvrir les résistances d’une couche

d’oxyde puis ouvrir cet oxyde pour prendre les contacts sur ces résistances, déposer ensuite le métal et enfin délimiter les connexions. Ce double niveau de métallisation apporte un surcroît d’épaisseur sur la membrane avec son lot de contraintes internes.

Afin de minimiser ces inconvénients, un quatrième type de matrices est réalisé, pour lequel un niveau de métallisation est supprimé et remplacé par une ligne ou une colonne en polysilicium. Le dessin du masque relatif au niveau de délimitation des résistances est modifié comme montré sur la figure III.37 :

Figure III.37 : Masque de délimitation des résistances et des colonnes en polysilicium

Comme il a été dit, les niveaux d’or avec leur lot de couches d’oxyde apportent un surcroît d’épaisseur au niveau de la membrane. Le perçage de la membrane demande alors une plus grande durée de traitement et notamment augmente le temps de gravure humide au buffer HF qui laisse la possibilité d’avoir une importante sur gravure. Afin de s’affranchir de ceci, à chaque ouverture de prise de contact, une ouverture supplémentaire est prévue au niveau du trou d’éjection. De cette façon, arrivée au stade de perçage des trous d’éjection dans la membrane, l’épaisseur à traiter sera la même que celle rencontrée dans les technologies précédentes.

De la même manière, on prend soin de ne pas faire de marche de forte épaisseur au niveau des prises de contact des pistes en or sur les résistances de polysilicium dans les matrices 1, 2 et 3 et en particulier au niveau de la deuxième prise de contact où il y a deux niveaux d’oxyde à descendre soit une épaisseur de 1µm. Pour adoucir cette descente, on réalise une marche intermédiaire. Comme pour le trou d’éjection on procède, lors de l’étape de la première prise de contact relative aux lignes, à une première ouverture à l’emplacement de la deuxième connexion relative aux colonnes. Du fait du caractère symétrique de nos motifs, ces ouvertures auront les mêmes dimensions de façon à avoir la même conduction. Lors de la deuxième prise de contact, cette fois-ci une seule ouverture est réalisée au niveau de la connexion et elle est plus grande que la précédente de manière à réaliser cette marche. De plus l’intérêt de faire cette première ouverture est que, de cette façon, nous nous assurons

du positionnement de cette ouverture par rapport au niveau d’or inférieur pour éviter les courts-circuits. Première ouverture de contact Deuxième ouverture de contact

Figure III.38 : Exemple de prise de contact : en rouge la première ouverture, en bleu la deuxième ouverture

Enfin, dans le cadre de la matrice à un seul niveau de métallisation, des plots d’or sont disposés le long des colonnes en polysilicium lors de la réalisation des lignes, pour réduire la résistance de ces connexions. En effet, du fait de la grande différence de résistivité entre ces deux matériaux, cela permettra une meilleure conduction et évitera les montées en température des colonnes de polysilicium.

Figure III.39 : Ouverture dans l'oxyde pour la prise de contact Or

Enfin des matrices de tests ainsi que des motifs de tests sont directement incorporés sur le wafer pour nous aider à mieux caractériser les phénomènes électriques. Nous les présenterons dans le chapitre de caractérisation qui suit.

La répartition sur la plaquette de silicium est optimisée pour inclure un maximum de composants mais aussi de matrices test et de motifs de test.

Figure III.40 : Vue globale du positionnement des matrices sur le wafer

Les quatre types de matrices réalisées sont rappelés de façon synthétique sur la figure III.41.

Les différents dopages mis en œuvre par implantation sont regroupés dans le tableau III.1 pour la famille à barrette P et le tableau III.2 pour la famille à barrettes N. Dans ce dernier cas, les résultats de la deuxième implantation s’étant montrés peu concluants, le système d’adressage a été ramené aux seules diodes obtenues par diffusion en entrée et sortie des résistances chauffantes.

DOSE N (ATM/CM2) ET ENERGIE (KEV) DOPAGE N (ATM/CM3) DOSE P (ATM/CM2) ET ENERGIE (KEV) DOPAGE P (ATM/CM3) Lot A 3.1O15 – 50 6.1019 1,5.1016 – 50 2,4.1020 Lot B 5.1O15 – 50 1.1020 2.1016 – 50 3.1020 Lot C 7,5.1O15 – 50 1,5.1020 2,5.1016 – 50 3,5.1020 Lot D 1.1O16 – 50 2.1020 3.1016 – 50 4.1020 Lot E 1,5.1O16 – 50 3.1020 4.1016 – 50 5.1020

Tableau III.1 : Ensembles des dopages utilisés

DOSE P (ATM/CM2) ET ENERGIE (KEV) DOPAGE P (ATM/CM3) Lot F 3.1O15 – 50 6.1019 Lot G 5.1O16 – 50 1.1020 Lot H 1.1Oe16 – 50keV 2.10e20

Lot I 1,5.1Oe16 – 50keV 3.10e20

Tableau III.2 : Ensemble des dopages utilisés