Titanium etching for biomedical applications

Des efforts de miniaturisation sont nécessaires dans le domaine des dispositifs actifs implantables afin de limiter l’invasivité et de réduire les risques de complications suite aux opérations chirurgicales. Les marges de progression pour la réduction des dimensions tendent à se réduire pour les systèmes actuels tels que les stimulateurs cardiaques, les neurostimulateurs ou les capteurs autonomes in vivo. Une rupture technologique est nécessaire pour permettre de repousser les limites des systèmes actuels. Le titane est un matériau possédant des propriétés de biocompatibilité. Il est stable et inerte en contact avec les tissus humains. De plus, ses caractéristiques mécaniques en font un matériau prometteur pour le développement de microsystèmes implantables. Dans le cadre du projet R&D MISTIC (Micro-Structuration du Titane pour Innovations Cardiologiques), l’objectif principal de cette thèse est de développer une brique technologique sur la gravure profonde du titane pour l’intégration de microsystèmes dans des dispositifs actifs implantables. Des études concernant la gravure profonde du titane en plasma de Cl₂ ont été menées afin de déterminer les mécanismes mis en jeu. L’ajout d’espèces fluorées permet, par la création d’un nouveau chemin réactionnel, d’accroître la vitesse de gravure du titane et d’augmenter la sélectivité par rapport au masque de Nickel. Un procédé de gravure du titane sur une profondeur de 300 μm a été mis au point sur des plaquettes de 100 mm de diamètre. L’application des résultats de ces études et le transfert du procédé vers la gravure pleine plaque ont permis de réaliser des démonstrateurs de traversées électriques en titane.Miniaturization efforts are required in the field of implantable active devices in order to limit invasiveness and reduce the risks of complications following surgical operations. Progression margins for the reduction of dimensions tend to be reduced for current systems such as cardiac pacemakers, neurostimulators or in vivo autonomous sensors. A technological break is needed to push the limits of current systems. Titanium is a material with biocompatibility properties. It is stable and inert in contact with the human tissues.Moreover, its mechanical characteristics make it a promising material for the development of implantable microsystems. As a part of the MISTIC R&D project (Micro-Structuring of Titanium for Innovations in Cardiology), the main objective of this PhD thesis is to develop a technological brick on the deep etching of titanium for the integration of microsystems in active implantable devices. Studies on the deep etching of titanium into Cl₂ plasma have been carried out in order to determine the mechanisms involved. Further, by adding fluorinated species in the process through the creation of a new reaction pathway, an increase in the titanium etch rate and an improvement of the selectivity with the nickel hard mask were achieved. A process for titanium etching over a depth of 300 μm has been developed on 100 mm diameter wafers. The application of the results of these studies and the transfer of the process to the full wafer etching made it possible to produce the demonstrators with titanium-based electrical feedthrough