Développement d'un procédé de structuration 3D pour le silicium

Developement of 3D structuring process for silicon

• Auteur / Autrice : Lamia Nouri
• Direction : Nicolas Possémé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nano electronique et nano technologies
• Date : Soutenance le 11/12/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Observatoire des micro et nanotechnologies (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Vallée
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefan Landis, Brice Gautier, Frédéric Gaillard, Frédéric Milesi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Martin, Stéphane Bastide

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ions -- Implantation

Lithographie

Silicium

Mots clés libres

Structuration 3D

Lithographie

Implantation ionique

Anodisation du silicium

Gravure acide

Gravure alcaline

3D structuring process

Lithography

Ion implantation

Anodization

Acid etching

Alkaline etching.

Résumé

Ce travail porte sur le développement d’une technique de structuration de surface pour le silicium. Celle-ci repose sur trois étapes essentielles : la lithographie, l’implantation ionique et le retrait par voie humide. Le motif formé par lithographie est transféré par homothétie dans la couche sous-jacente de silicium grâce à l’implantation ionique. Après le retrait du masque de résine, le substrat est traité par voie humide en vue de retirer des zones localement implantées. Le motif initial défini par la lithographie est ainsi révélé dans le silicium.La compréhension des modifications induites par l’implantation ionique dans le substrat nous a permis de réaliser avec succès un transfert dans le silicium. Nous avons principalement étudié les défauts générés par deux types d’ions : l’argon et l’hydrogène, à travers un certain nombre de techniques de caractérisation. Sur la base de cette étude, les différents traitements humides du silicium ont été investigués : gravure alcaline, gravure acide, dissolution par anodisation. L’optimisation des conditions d’implantation et des paramètres de retrait humide a permis l’obtention de structures 2D puis 3D.La faisabilité de cette technique de structuration a également été démontrée sur d’autres matériaux comme le SiOCH et le nitrure de silicium.

This thesis deals with the development of a patterning process for silicon substrates. Based on ion implantation through a resist pattern to locally modified the underneath layer. Wet etching processes have been developed to reveal the shapes transferred into the silicon substrate. Thanks to morphological, physical and chemical characterizations, modifications induced by ion implantation have been identified and understood.Two ion species (argon and hydrogen) were used in this thesis in order to assess either physical or chemical modifications in silicon substrate. Several wet chemistries: alkaline, acid and dissolution by anodization, were investigated to reveal the final shape. The optimization of the implantation and wet etching processes allowed to obtain 2D and 3D structures with silicon substrate.Moreover, our approach has been successfully implemented to pattern 2D shapes in SiOCH and silicon nitride.