Élaboration d’un nano capteur chimique : Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

1. Élaboration d’un nano capteur chimique : Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique Par Yoann REBISCHUNG Master Mécatronique et Énergie Tuteur de stage : Patrick TRAU Maitre de stage : Yves-André CHAPUIS Année 2010/2011

2. Sommaire • Contexte • L’InESS • Le projet TRANSFILSEN • Fabrication de la membrane • Conception • Conclusion et perspective Année 2010/2011

3. 1.Contexte • L’InESS : • Laboratoire du CNRS • Environ 80 membres • Domaines d’applications : • Photovoltaïques • Micro et nanoélectronique • Conception de C.I. et capteurs • Caractérisation des matériaux • … Année 2010/2011 3

4. 1.Contexte • Le projet TRANSFILSEN : • Élaboration d’un capteur chimique à base de nano fils moléculaires pour des applications ultra-sensible de gaz dangereux ou rares • Accepté et financé par l’ANR en 2009 • En partenariat avec plusieurs laboratoires Année 2010/2011

5. 1.Contexte • Assemblage de l’InESS/IJL : • Fabrication de transistors à nano fils organiques • Validation expérimentale Année 2010/2011

6. 1.Contexte Moi (Y. Rebischung) Responsable (Y-A Chapuis) • Environnement de l’InESS Stagiaires (Y. Robin) Thésards (P. Lienerth, Y. Jouane) Équipe technique (N. Zimmermann, S. Roques, F. Dietrich, G. Ferblantier) Bibliographie (Thèse, Articles scientifiques, etc…) Année 2010/2011

7. 1.Contexte • Tâche de l’InESS/IJL • Réalisation d’une membrane de Si3N4 pour optimisation de la résolution spatiale en lithographie électronique Problème EBL Approche membrane Fischbein et al, Applied Physics Letters, 2006 Transistor organique Électrodes à nano gap Nano gap ~10 nm Électrode Électrode Année 2010/2011

8. 2.Fabrication de la membrane • Dépôt couche de protection • Flot de fabrication • Nettoyage Si (a) Si (c) SF6 SiNx • Dépôt PECVD • Recuit • Gravure rapide Black Wax Black Wax SiNx Si (b) Si (d) Si Si Si (e) Photo résine KOH SiNx • Gravure lente • Lithographie • Gravure RIE (f) SiNx Si Si KOH 1 Phase de dépôt par PECVD 2 Lithographie, RIE et wax 3 Phase de gravure Année 2010/2011

9. 2.Fabrication de la membrane Phase de dépôt • Nettoyage RCA en salle blanche : • Suppression des résidus organiques • Suppression de la couche d’oxyde • Suppression des résidus métalliques Si (a) Année 2010/2011

10. 2.Fabrication de la membrane Phase de dépôt • Dépôt par PECVD : • Faire le vide • Mélange des gaz précurseurs • Création du plasma ionisé à l’aide de la source micro-onde • Différence de potentiel • Bombardement => Création d’un film mince Année 2010/2011

11. 2.Fabrication de la membrane Phase de dépôt • Dépôt par PECVD : • Procédé classique de l’InESS : • 5 ppm SiH4, 30 ppm N2 • 2 couches : • 200 nm pour la face membrane • 400 nm pour la face gravure SiNx Si (b) SiNx Année 2010/2011

12. 2.Fabrication de la membrane Phase de dépôt • Recuit : • Élimination des particules indésirables • Uniformisation des couches • Densification SiNx Si (b) SiNx Année 2010/2011

13. 2.Fabrication de la membrane Lithographie, RIE et Wax • Lithographie optique : • Dépôt de résine photosensible • Recuit de solidification • Exposition UV • Bain révélateur Si (c1) Photo résine Année 2010/2011

14. 2.Fabrication de la membrane Lithographie, RIE et Wax • Gravure RIE : • Entrée d’un gaz réactif • Mise en route du générateur • Création du plasma et bombardement d’ions => Si SF6 (c2) Photo résine Année 2010/2011

15. 2.Fabrication de la membrane Lithographie, RIE et Wax • Couche de protection : • Cire noire • Plaque chauffante à 80/90°C => Black Wax Si (d) Si Année 2010/2011

16. 2.Fabrication de la membrane Phase de gravure • Phase rapide : • 161 gr de KOH et 300 ml d’eau => 35% KOH Black Wax SiNx • Vitesse de gravure : 40µm/h à 70°C Si Si (e) KOH => Temps de gravure : 9h Année 2010/2011

17. 2.Fabrication de la membrane Phase de gravure • Phase lente : • 200 gr de KOH et 300 ml d’eau => 40% KOH • Vitesse de gravure 25µm/h à 60°C => Temps de gravure 40 min (f) SiNx Si Si KOH Année 2010/2011

18. 2.Fabrication de la membrane Résultat • La membrane Profil de gravure : 60 ° (Théorie : 54.74°) Caractéristiques : Conclusion : • Épaisseur de Silicium : 380 µm • Temps de gravure : ~ 10 h • Angle de gravure : 60 ° • Épaisseur membrane Si3N4 : 150 – 200 nm • Taille d’ouverture : 2 mm • Validation du flot de fabrication • Bon résultat de définition de la membrane de nitrure de silicium Année 2010/2011

19. 3.Conception InESS IJL Membrane Lithographie électronique Réalisation d’un masque de lithographie pour les prototypes de membrane du projet Année 2010/2011

20. 3.Conception • Design : • Masque de lithographie sous LayoutEditor Année 2010/2011

21. 4.Conclusion et perspective • Conclusion : • Bonne expérience de stage en laboratoire • Respect du cahier des charges/planning • Validation de la faisabilité de la membrane à l’InESS Année 2010/2011

22. 4.Conclusion et perspective • Perspective : • Métallisation sur membrane à l’InESS • Fabrication du masque LAAS : spécifications • Utilisation des masques • Réalisation d’électrodes à nano gap par EBL à Nancy Année 2010/2011

23. Fin Merci de votre attention ! Année 2010/2011