Gravure

           Les procédés de gravure permettent le transfert dans les matériaux des motifs réalisés dans les résines photosensibles ou électrosensibles. A l’inverse des procédés de transfert dit additifs (dépôt par lift-off, croissance électrolytique, inkjet), la gravure est donc un procédé de transfert soustractif où une partie des matériaux obtenus par croissance, ou par dépôt sont enlevés afin d’obtenir une micro/nanostructuration de la surface des échantillons.

Il existe deux grands principes pour la gravure se différenciant énormément par leur mise en œuvre. Tout d’abord la plus simple et la moins couteuse, c’est la gravure humide qui est considérée comme un procédé purement chimique. Elle consiste à plonger l’échantillon dans une solution dont les espèces chimiques vont réagir avec le matériau à graver. Cette gravure présente certains avantages, comme la possibilité d’obtenir une grande sélectivité entre deux matériaux, mais elle a souvent l’inconvénient majeur d’être isotrope.

Pour certains process, on peut lui préférer la gravure ionique réactive (RIE : Reactive Ion Etching). Cette technique de gravure sèche nécessite alors l’emploi de chambres à vide dans lesquelles des gaz appropriés aux matériaux qu’on souhaite graver seront injectés afin d’obtenir un plasma réactif. Il s’agit cette fois-ci d’un procédé physico-chimique utilisant un plasma contenant des espèces chimiquement actives avec le matériau que l’on souhaite graver. En général on utilise des dérivés du fluor (SF6 , CF4 , …) pour des composés à base de silicium. Pour les semiconducteurs III-V les espèces gazeuses sont multiples: le CH4 + H2, les dérivés du chlore (BCl3, Cl2, SiCl4) ou encore le HBr.

NanoRennes dispose de plusieurs équipements de gravure permettant la mise en forme aux échelles micro et nanoscopiques de matériaux semiconducteurs, diélectriques ou encore organiques. Ces équipements sont présentés ci-dessous:

Gravure sèche

RIE Alcatel 300
RIE Microsys 400 Roth&Rau
Deep RIE Corial
RIE Plassys MG100
  • 1 réacteur RIE Alcatel gravure des matériaux InP et des alliages de cette filières (Gaz: CH4, H2, O2, Ar) + contrôle interféro. – Institut FOTON
  • 1 réacteur RIE Microsys  gravure couches minces des matériaux de la filières Si (Gaz: SF6,O2) + contrôle interféro.  IETR
  • 1 réacteur Deep RIE Corial  usinage profond des matériaux de la filière Si + chimie chlorée + contrôle intero.  IETR 
  • 1 réacteur RIE Plassys MG100  gravure couches minces des matériaux de la filière Si et des polymères + contrôle interféro. Institut FOTON

Gravure humide

Sorbonnes des sites IETR et Institut FOTON dédiées aux gravures humides
  • Multiples sorbonnes dédiées à la gravure chimique – KOH, TMAH, HF pour la filière Si + de nombreux autres acides pour les semiconducteurs III-V et certains métaux: HCl , H2SO4, H3PO4, HNO3, C6H8O7 (acide citrique), I2:KI … – IETR et Institut FOTON.

Exemples de réalisations

Sorbonnes des sites IETR et Institut FOTON dédiées aux gravures humides

(a) Gravure RIE d’une couche PECVD – (b) Gravure RIE d’un polymère – (c) Gravure RIE d’un « waveguide » en InP – (d) gravure humide d’une couche sacrificielle pour libérer une structure membranaire – (e) Gravure RIE d’un mésa en Si – (f) Gravure RIE d’un miroir de Bragg Si/SiNx – (g) Gravure chimique intégrale du substrat InP d’un VCSEL reporté sur Si – (h) Deep RIE d’un substrat Si.