Développement des matériaux dans le cadre des microtechnologies
Résumé
Through their multidisciplinary character, the microtechnologies, and more precisely the micro-sensors/actuators fabrication, are requiring the development of the materials from the microelectronics as well as the integration of new and varied materials. This report presents the R&D works dedicated to the SiNx material deposited by low-pressure chemical vapour deposition (LPCVD), and draws up a research prospect for the material integration in the field of microtechnologies. Firstly, the properties of the silane SiH4 and disilane Si2H6 gaseous sources have been studied for the LPCVD deposition of silicon Si and silicon nitride SiNx films. The LPCVD physical-chemistry knowledge has put in evidence the competition between the deposition, "volumic" and "surfacic" crystallisation, and nitridation phenomena. All in all, semi-empirical relations have been established between the deposition and anneal technological parameters, the deposition and crystallisation kinetic, and the deposited films properties (microstructure, crystalline phase, stoichiometry, refractive index, mechanical stress and electrical conductivity). Finally, the whole study has been applied to the fabrication of micro-opto-electro-mechanical systems (MOEMS). Secondly, the development of materials in the field of microtechnologies has been presented. This has shown the need for multidisciplinary collaborations and has emphasised the collective and/or mass production aspect for the integration of materials. Thus, the advantages of the deposition, implantation and microlithography techniques have been studied, taking in example the development of the structure materials for the micro-opto-electro-mechanical systems (MOEMS), and of the detection materials for the chemical field-effect transistors (ChemFETs) microsensors.
Par leur pluridisciplinarité, les microtechnologies, et plus précisément la fabrication de micro-capteurs/actionneurs, nécessitent le développement des matériaux conventionnels de la microélectronique mais aussi l'intégration d'autres matériaux aussi divers que variés. Cette habilitation propose une synthèse des travaux de recherche consacrés au matériau de stSchiométrie générale SiNx déposé par dépôt chimique en phase vapeur (low pressure chemical vapour deposition LPCVD), et établit une prospective de recherche pour l'intégration des matériaux dans le cadre des microtechnologies. Dans une première partie, les propriétés des filières silane SiH4 et disilane Si2H6 ont été étudiées pour le dépôt LPCVD de films de silicium Si et de nitrure de silicium SiNx. La compréhension de la physico-chimie du dépôt LPCVD a mis en évidence la compétition entre les mécanismes de dépôt, de cristallisation "volumique" et "surfacique", et de nitruration. Au total, des relations semi-empiriques ont été établies entre les paramètres technologiques de dépôt et/ou de recuit, les cinétiques de dépôt et/ou de cristallisation, et les propriétés des films déposés (microstructure, cristallinité, stSchiométrie, indice de réfraction, contrainte mécanique et conductivité électrique). Finalement, la valorisation de cette étude a été faite au travers du développement de microsystèmes opto-électro-mécaniques (MOEMS). Dans une deuxième partie, la problématique du développement des matériaux dans le cadre des microtechnologies a été présentée. Elle a montré la nécessité des collaborations pluridisciplinaires et mis en avant l'aspect fabrication collective et/ou en grande série pour l'intégration des matériaux. Les potentialités en la matière des techniques de dépôt, d'implantation ionique et de microlithographie ont ainsi été étudiées en privilégiant le développement des matériaux de structure pour les microsystèmes opto-électro-mécaniques (MOEMS) et des matériaux de détection pour les microcapte urs chimiques à effet de champ (ChemFETs).