Utilisation d’une résine sacrificielle 169 

Nous avons effectué un premier essai de dépôt de résine sacrificielle dans l’interespace des électrodes, notamment pour s’affranchir des dépôts chimiques de l’oxyde de ruthénium, mais également pour répondre au problème de la croissance latérale de la structure d’or poreuse.

i. La résine LOR + ECI

La résine LOR a été sélectionnée pour sa stabilité avec les bains de dépôts de l’or et de l’oxyde de ruthénium, mais également pour sa compatibilité avec les premières étapes de micro-fabrication. En effet à l’issue de ces étapes à l’échelle du wafer, la découpe au laser implique un dépôt de résine de protection

170 qui se retire à l’acétone. La résine sacrificielle doit être inerte à l’acétone. Cette résine a la particularité de ne pas être photosensible. Afin de pouvoir sélectionner les zones de résine à conserver dans l’interespace, la résine LOR doit être couplée avec une résine photosensible positive, l’ECI (épaisseur 1,2 µm). Une fois l’exposition et la révélation réalisées, nous mesurons dans l’interespace, par profilomètre mécanique, une épaisseur de résine sacrificielle de 1,8 µm. Le dépôt d’or poreux est ensuite suivi de l’électrodéposition de l’oxyde de ruthénium et de la dissolution de la résine sacrificielle dans une solution organique MF-CD26 (Figure V.19).

Figure V.19: Etapes photolithographiques de fabrication d’une couche de résine sacrificielle LOR dans l’interespace.

Nous pouvons voir en figure V.20a) la structure poreuse de l’or en tranche avec la présence de la résine sacrificielle LOR. Notons que la croissance de l’or s’effectue toujours dans les trois dimensions de manière intrusive dans l’interespace des électrodes. En figure V.20b) nous avons ôté la résine LOR avant le dépôt de RuOx,nH2O, pour tester sa facilité de retrait, et analyser le comportement de l’or poreux lors du retrait de la résine.

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Figure V.20: Structure d’or poreux a) avec résine sacrificielle dans l’interespace et b) après le retrait de la résine sacrificielle LOR.

Celle-ci semble très bien se retirer en quelques minutes lorsque le solvant accède directement à la surface de la résine. En figure V.20b) on remarque que l’interespace est parfaitement propre, indiquant le succès du retrait. Par contre, la structure de l’or étendue est toujours présente et ne se détache pas avec le retrait de la résine. Concernant l’or, cette résine sacrificielle ne convient pas pour ôter le surplus de croissance dans l’interespace. Nous avons donc élaboré des murs de résine sacrificielle pour contenir le dépôt, plutôt que de vouloir le sectionner après dépôt.

Après le dépôt de RuOx,nH2O, l’électrode est immergée dans un bain de AZ-400K, à base de KOH, pour ôter la résine sacrificielle LOR. Après plusieurs heures d’immersion (plus de 48 h), le retrait de la résine n’était toujours pas visible. Comme on peut le voir en figure V.21, la résine sacrificielle présente dans l’interespace ne s’enlève pas au contact de la solution organique. On note de plus qu’un épais dépôt chimique de RuOx,nH2O s’est fait dans cette zone isolante. Lorsque le dispositif est laissé plus longtemps dans le bain, nous observons un retrait de la résine, mais également l’arrachement des structures d’or et de ruthénium (Figure V.21b). Il semblerait que cette résine ne soit pas compatible avec le bain de dépôt électrolytique à base de RuCl3,xH2O. Elle provoque en effet des dépôts chimiques plus importants, et ceux-ci empêchent le retrait de la résine. On pourrait penser également que la résine réagit avec le bain la rendant moins sensible au solvant de dissolution.

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Figure V.21: Dépôt d'oxyde de ruthénium a) après un essai de retrait de résine sacrificielle et b) après une immersion prolongée.

Nous décidons de choisir une autre résine sacrificielle qui pourrait résoudre les problèmes d’expansion de la croissance d’or dans l’interespace et des dépôts chimiques d’oxyde de ruthénium. Nous optons pour une résine plus épaisse, jouant le rôle de mur protecteur, la résine photosensible BPN.

ii. Les murs de résine BPN

Les murs de résine photosensible dans l’interespace entre les électrodes sont fabriqués assez hauts pour pouvoir contenir la croissance des collecteurs de courant d’or poreux. La résine photosensible BPN est une résine négative pouvant atteindre une hauteur d’épaisseur de 500 µm, voir 1 mm. Le fait d’avoir un mur épais de résine aurait également pour avantage de rester accessible par le solvant de retrait malgré les dépôts chimiques de l’oxyde de ruthénium. Nous déposons donc individuellement la résine BPN sur le dispositif après l’étape de découpe du wafer. La difficulté de ce dépôt réside dans le fait que la résine est disposé sur le dispositif avant l’enduction centrifuge et qu’un surplus de résine est piégé dans la cuve de SU8. Nous avons donc effectué plusieurs essais avant de déposer une quantité adéquate sur le dispositif, avec une vitesse convenable pour ne pas avoir trop de résine BPN dans la cuve de SU8. Une vitesse trop lente laisserait en effet trop de résine dans la cuve, tandis qu’une vitesse élevée en chasserait trop. Après avoir établi ces paramètres, nous insolons la résine BPN et obtenons après révélation des murs de résine mesurés au profilomètre mécanique d’une épaisseur de 160 µm. Comme indiqué sur la représentation schématique de la figure V.22, une fois les murs obtenus, les étapes restantes sont le dépôt d’or poreux et l’électrodéposition de l’oxyde de ruthénium.

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Figure V.22: Etapes photolithographiques pour la réalisation des murs de résine BPN dans l'interespace.

La figure V.23 a), nous montre l’électrode après électrodéposition de l’or poreux suivant le modèle dynamique par bulles d’hydrogène. On voit clairement la présence des murs épais de résine sacrificielle BPN, ainsi que la structure poreuse du collecteur de courant en or. Il est important de noter que la structure d’or est contenue dans les murs de résine et que le dépôt croît uniquement en hauteur. Toujours dans le but d’apprendre, nous avons testé le retrait de la résine BPN après dépôt de l’or poreux. Après une courte immersion (2 - 5 minutes) du dispositif dans une solution organique de TechniStrip® NF52 (mélange organique et minéral de tétraméthylammonium hydroxyde (TMAH) et de diméthylsulfoxyde (DMSO) favorisant la dissolution de la résine BPN), nous observons l’absence de matière dans l’interespace. Comme nous pouvons l’observer en figure V.23b), la résine a été entièrement ôtée dans le bain de NF52, et l’interespace est parfaitement propre. La structure de l’or n’a pas été endommagée par cette étape, et on remarque bien en bordure de l’interespace, sa croissance en hauteur induite par la présence des murs de BPN lors du dépôt électrochimique.

Figure V.23: Morphologie du dépôt d'or poreux a) avec les murs de résine BPN, b) & c) après retrait de la résine sacrificielle.

174 Concernant la morphologie de l’or contrôlé par les murs de résine, la porosité est semblable à celui déposé en champignon. Cependant, l’épaisseur du dépôt d’or poreux est légèrement plus importante que précédemment. On évalue l’épaisseur à 70 µm tandis que la structure d’or libre atteignait une cinquantaine de microns d’épaisseur. D’un point de vue de l’élargissement de surface, nous obtenons un facteur 400 pour l’or poreux contrôlé. Les résultats obtenus sur les collecteurs de courant d’or avec la présence de murs sacrificiels de résine sont très encourageants pour le dépôt d’oxyde de ruthénium.

Dans les mêmes conditions que précédemment, l’oxyde de ruthénium est électrodéposé sur les collecteurs de courant du dispositif pourvu de murs de résine BPN dans l’interespace entre les électrodes. A l’issu du dépôt de RuOx,nH2O, on note visiblement des dépôts chimiques d’oxyde présents dans l’interespace. Le dispositif est immergé dans le bain de solution organique NF52 pendant une dizaine de minutes après lesquelles les murs de résine BPN se sont dissouts. En figure V.24, les images de l’électrode AuH / RuOx,nH2O résultante indiquent une entière dissolution de la résine BPN. L’interespace est en effet parfaitement propre, et le dépôt d’oxyde de ruthénium est clairement visible sur la structure poreuse d’or. Les particules caractéristiques de RuOx,nH2O sont observées en figure V.24c) jusqu’à la base de la structure d’or poreuse. Le dépôt est propre et parfaitement contrôlé entre les murs de résine BPN sans intrusion dans l’interespace.

Figure V.24: Morphologie résultante de l'électrode après dépôt de RuOx,nH2O suivi du retrait de la résine BPN.

Les électrodes sont ensuite recuites à une température de 150°C pendant une heure, afin d’obtenir le rapport optimal pour l’hydratation de l’oxyde de ruthénium. Cette alternative de murs épais de résine BPN sacrificielle répond de manière simple et efficace aux problèmes d’expansion latérale de l’or et des dépôts chimiques d’oxyde de ruthénium rencontrés lors de la conception du micro-dispositif.