CH701988A2 - Procédé de fabrication d'un évidement oblique dans une couche de silicium. - Google Patents

Abstract

L’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un évidement (19) oblique dans une couche (11) de silicium comportant les étapes consistant à: a) se munir d’un substrat comportant une couche (11) de silicium; b) former un masque sur la couche (11) de silicium afin de former des parties non protégées et une zone protégée entre chaque partie non protégée. Selon l’invention, le procédé comporte en plus les étapes suivantes: c) graver lesdites parties non protégées de la couche (11) de silicium à des profondeurs différentes; d) retirer le masque; e) oxyder thermiquement la couche (11) de silicium afin de transformer chaque zone protégée en dioxyde de silicium; f) retirer la couche (18) de dioxyde de silicium afin de laisser un évidement (19) unique dans la couche (11) de silicium dont le fond (20) est oblique. L’invention concerne le domaine des fabrications de pièces en matériau micro-usinable.

Description

Domaine de l’invention

[0001] L’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un évidement oblique dans une couche de silicium et, plus particulièrement, une telle couche utilisée pour former une pièce de micromécanique.

Arrière plan de l’invention

[0002] Il est connu de fabriquer des roues en silicium cristallin. En effet, grâce aux procédés développés en microélectronique pour la fabrication de processeurs, il est désormais possible de graver des plaquettes de silicium selon des précisions s’accordant notamment aux dimensions requises pour un rouage d’horlogerie. A cet effet, on utilise généralement un gravage anisotrope du type ionique réactif profond (connu également sous l’abréviation anglaise «D.R.I.E.»). Cependant, l’avantage de la verticalité d’un tel gravage anisotrope entraîne également son défaut, c’est-à-dire que le fond du gravage est plan. Or, selon certaines applications horlogères ou, plus généralement, certaines pièces de micromécanique, une pente dans le fond de la gravure est souhaitée.

Résumé de l’invention

[0003] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un procédé de fabrication d’un évidement oblique dans une couche de silicium.

[0004] A cet effet, l’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un évidement oblique dans une couche de silicium comportant les étapes consistant à: a) se munir d’un substrat comportant une couche de silicium; b) former un masque sur la couche de silicium afin de former des parties non protégées et une zone protégée entre chaque partie non protégée; caractérisé en ce qu’il comporte en plus les étapes suivantes: c) graver lesdites parties non protégées de la de silicium à des profondeurs différentes; d) retirer le masque; e) oxyder thermiquement la couche de silicium afin de transformer chaque zone protégée en dioxyde de silicium; f) retirer la couche de dioxyde de silicium afin de laisser un évidement unique dans la couche de silicium dont le fond est oblique.

[0005] On comprend donc que le fond est rendu oblique par la différence de niveau de gravage dans le silicium puis le nivellement par l’oxydation thermique, le gravage et l’oxydation étant des processus très précis. Il devient donc possible de réaliser des pièces de micromécaniques en silicium dont le fond n’est pas plan.

[0006] Selon l’invention, plus la profondeur de gravage souhaitée de la partie non protégée lors de l’étape c) est grande, plus la section trouée formée lors de l’étape b) dans le masque est grande afin de graver en une fois lesdites parties non protèges par dépendance des facteurs d’aspect des gravures. On comprend donc que le fond de la pièce en silicium est rendu oblique par un gravage unique dans le silicium en obtenant directement les différences de profondeur voulues.

[0007] Conformément à d’autres caractéristiques avantageuses de l’invention: une première série de sections trouées dans le masque est distribuée sur une même direction, lesdites sections trouées augmentant de surface consécutivement afin de former une pente dans le fond de l’évidement; la première série comporte au moins deux sections trouées adjacentes de même surface afin de former un palier dans le fond de l’évidement; une deuxième série de sections trouées dans le masque est en prolongement de ladite première série, lesdites sections trouées de la deuxième série diminuant de surface consécutivement afin de former un point d’inflexion dans le fond de l’évidement; la deuxième série comporte au moins deux sections trouées adjacentes de même surface afin de former un palier dans le fond de l’évidement; chaque série de sections trouées forme un plan répété selon une translation dans au moins une direction afin de former un évidement symétrique dans ladite couche; chaque série de sections trouées forme un plan répété selon une rotation au moins partielle afin de former un évidement symétrique dans ladite couche; plusieurs évidements obliques sont réalisés dans la même couche de silicium.

Description sommaire des dessins

[0008] D’autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: <tb>- les fig. 1 à 5<sep>sont des représentations successives d’étapes du procédé selon l’invention; <tb>- les fig. 6 à 8<sep>sont des représentations similaires à la fig. 5 de variantes selon l’invention; <tb>- les fig. 9 à 11<sep>sont des représentations des variantes de symétrie selon l’invention; <tb>- la fig. 12<sep>est un schéma fonctionnel du procédé selon l’invention.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

[0009] Comme illustré à la fig. 12, on peut voir un schéma fonctionnel du procédé 1 destiné à réaliser une gravure dans une couche de silicium cristallin dont le fond est oblique, c’est-à-dire non plan. La première étape 2 du procédé 1 consiste à se munir d’un substrat 9 comportant une couche 11 de silicium cristallin.

[0010] La deuxième étape 3 du procédé 1 consiste à former un masque 13 sur la couche 11. Ce masque 13 est destinée former des parties non protégées 10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́ séparées par une zone protégée 12, 12 ́, 12 ́ ́ sur la face supérieure de la couche 11. En effet, les parties non protégées 10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́ subiront l’attaque lors de la troisième étape 4 afin d’être gravées. Le masque 13 peut être formé à partir de différents matériaux.

[0011] Préférentiellement, le masque 13 est formé à l’aide d’une résine photosensible 14. Ainsi, dans un premier temps, la résine 14 est déposée comme illustré à la fig. 1sur la couche 11 par exemple à la tournette. Puis, dans un deuxième temps, elle est sélectivement exposée à un rayonnement, par exemple à l’aide d’un masque M partiellement opaque audit rayonnement, afin de former précisément les parties non protégées 10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́ et, incidemment, les zones protégées 12, 12 ́, 12 ́ ́ et le cadre extérieur du masque 13. Enfin, dans un troisième temps, ladite résine 14 est développée afin de former le masque 13 comme illustré à la fig. 2. De manière équivalente, la résine photosensible 14 peut être du type positif ou négatif.

[0012] Le procédé 1 comporte ensuite une troisième étape 4 consistant à graver lesdites parties non protégées 10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́ de la couche 11 de silicium à des profondeurs différentes comme illustré à la fig. 3. On peut voir à la fig. 3que chaque partie non protégée 10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́ correspond à une gravure 15, 15 ́, 15 ́ ́, 15 ́ ́ ́ de profondeur respective p1 p2, p3, p4 différente pour chaque fond 16, 16 ́, 16 ́ ́, 16 ́ ́ ́. De manière préférée, le gravage est effectué par une attaque sèche du type gravage ionique réactif profond (D.R.I.E.). Ensuite, dans une quatrième étape 5 du procédé 1, le masque 13 est retiré de la couche 11 gravée comme illustré à la fig. 3.

[0013] Préférentiellement, afin de pouvoir graver en une fois lesdites parties non protégées à des profondeurs p1, p2, p3, p4 différentes, on utilise la dépendance des facteurs d’aspect des gravures 15, 15 ́, 15 ́ ́, 15 ́ ́ ́. En effet, ladite dépendance fait que plus la section trouée s1, s2, s3, s4 formée dans le masque 13, lors de l’étape 3, est grande, plus la profondeur p1, p2, p3, p4 de gravage de la partie non protégée 10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́, lors de l’étape 4, est grande. Ainsi, dans l’exemple illustré aux fig. 2et 3, on peut voir un exemple de ce mode préféré.

[0014] On voit à la fig. 2 que les parties non protégées 10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́ sont formées par une série de sections s1, s2, s3, s4 trouées du masque 13 qui sont distribuées croissantes sur une même direction A. Une telle configuration permet comme illustré à la fig. 3 en un seul gravage de former les fonds distribués consécutivement 16, 16 ́, 16 ́ ́, 16 ́ ́ ́ à des profondeurs p1, p2, p3, p4croissantes, c’est-à-dire de plus en plus grandes. Les zones protégées 12, 12 ́, 12 ́ ́ par le masque 13 forment ainsi dans la couche 11 des murs 17, 17 ́, 17 ́ ́ de surface l1, l2, l3 projetée respectivement entre les fonds 16-16 ́, 16 ́-16 ́ ́ et 16 ́ ́-16 ́ ́ ́.

[0015] Le procédé 1 comporte ensuite une cinquième étape 6 consistant à oxyder thermiquement le dessus de la couche 11 gravée afin de transformer chaque zone qui était protégée par le masque 13, c’est-à-dire les murs 17, 17 ́, 17 ́ ́, en dioxyde de silicium comme illustré à la fig. 4. En effet, lors d’une oxydation thermique (processus bien contrôlé), l’interface silicium - dioxyde de silicium se déplace au sein de la matière avec pour résultat une conversion de silicium en dioxyde de silicium selon une épaisseur 18. On comprend donc que, de manière préférée, les largeurs 11, 12, 13, sont identiques et au moins inférieures à deux fois l’épaisseur de la couche 18 qui peut s’élever jusqu’à préférentiellement 5 µm.

[0016] Enfin, le procédé 1 comporte une sixième étape 7 consistant à retirer la couche 18 de dioxyde de silicium afin de laisser un évidement unique 19 dans la couche de silicium 11 dont le fond 20 est oblique.

[0017] Ainsi, avantageusement selon le procédé de l’invention, on comprend que des pièces de micromécanique comme, par exemple, des huiliers pour palier horloger peuvent désormais être fabriqués dans un matériau micro-usinable comme le silicium cristallin.

[0018] Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l’exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l’homme de l’art. En particulier, il peut être formée une deuxième série de sections trouées dans le masque 13 qui est en prolongement de la première série 10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́, lesdites sections trouées de la deuxième série diminuant de surface consécutivement afin de former un point d’inflexion 21 ́ dans le fond 20 ́ de l’évidement 19 ́ comme illustré à la fig. 6.

[0019] On peut également imaginer que la section de la partie non protégée médiane soit suffisamment grande pour former un évidement 19 ́ ́ dont le fond 20 ́ ́ est partiellement débouchant 21 ́ ́ de la couche 11 ́ ́ de silicium.

[0020] De même, on peut imaginer que la première série et/ou la deuxième série de sections trouées forme un plan P répété dans au moins une direction afin de former, par exemple, un évidement 19 ́ ́ ́ symétrique du premier 19 dans la même couche 11 comme illustré à la fig. 8. Les fonds respectifs 20, 20 ́ ́ ́ pouvant alors être séparé par exemple par une zone 22 non gravée lors de l’étape 4.

[0021] Il est également possible que ce plan P soit répété selon une courbe particulière comme, par exemple, une translation B, C ou C formant des angles 9 de signe positif ou négatif par rapport au plan P comme illustré aux fig. 9et 10ou selon une rotation D d’une extrémité de plan P comme illustré à la fig. 11ou même d’une révolution du plan P sur lui-même selon un axe vertical.

[0022] Il est également envisageable qu’au moins une des séries du masque 13 comporte au moins deux sections trouées adjacentes de même surface afin de former un palier sensiblement plan dans le fond de l’évidement.

[0023] Enfin, si la fig. 8 présentent deux évidements 19 et 19 ́ ́ ́ symétriques dans la couche 11, il est bien évident que plus de deux évidements, dont les fonds peuvent être obliques et/ou plans, peuvent être réalisés à partir de la même couche de silicium, lesdits évidements pouvant être tous identiques ou partiellement identiques ou même tous différents.

Claims (9)

1. Procédé de fabrication (1) d’un évidement (19, 19 ́, 19 ́ ́, 19 ́ ́ ́) oblique dans une couche (11, 11 ́, 11 ́ ́, 11 ́ ́ ́) de silicium comportant les étapes consistant à: a) se munir (2) d’un substrat (9) comportant une couche (11, 11 ́, 11 ́ ́, 11 ́ ́ ́) de silicium; b) former (3) un masque (13) sur la couche (11, 11 ́, 11 ́ ́, 11 ́ ́ ́) de silicium afin de former des parties non protégées (10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́) et une zone protégée (12, 12 ́, 12 ́ ́) entre chaque partie non protégée (10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́); caractérisé en ce qu’il comporte en plus les étapes suivantes: c) graver (4) lesdites parties non protégées (10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́) de la couche (11, 11 ́, 11 ́ ́, 11 ́ ́ ́) de silicium à des profondeurs (p1, p2, p3, p4) différentes; d) retirer (5) le masque (13); e) oxyder (6) thermiquement la couche (11, 11 ́, 11 ́ ́, 11 ́ ́ ́) de silicium afin de transformer chaque zone protégée (12, 12 ́, 12 ́ ́) en dioxyde de silicium; f) retirer (7) la couche (18) de dioxyde de silicium afin de laisser un évidement (19, 19 ́, 19 ́ ́, 19 ́ ́ ́) unique dans la couche (11, 11 ́, 11 ́ ́, 11 ́ ́ ́) de silicium dont le fond (20, 20 ́, 20 ́ ́, 20 ́ ́ ́) est oblique.

2. Procédé (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que plus la profondeur (p1 p2, p3, p4) de gravage souhaitée de la partie non protégée (10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́) lors de l’étape c) est grande, plus la section trouée (s1, s2, s3, s4) formée lors de l’étape b) dans le masque (13) est grande afin de graver en une fois lesdites parties non protèges (10, 10 ́, 10 ́ ́, 10 ́ ́ ́) par dépendance des facteurs d’aspect des gravures (15, 15 ́, 15 ́ ́, 15 ́ ́ ́).

3. Procédé (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’une première série de sections trouées dans le masque (13) est distribuée sur une même direction (A), lesdites sections trouées (s1, S2, s3, 54) augmentant de surface consécutivement afin de former une pente dans le fond (20, 20 ́, 20 ́ ́, 20 ́ ́ ́) de l’évidement (19, 19 ́, 19 ́ ́, 19 ́ ́ ́).

4. Procédé (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première série comporte au moins deux sections trouées adjacentes de même surface afin de former un palier dans le fond de l’évidement.

5. Procédé (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu’une deuxième série de sections trouées dans le masque (13) est en prolongement de ladite première série, lesdites sections trouées de la deuxième série diminuant de surface consécutivement afin de former un point d’inflexion (21 ́) dans le fond (20 ́) de l’évidement (19 ́).

6. Procédé (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième série comporte au moins deux sections trouées adjacentes de même surface afin de former un palier dans le fond de l’évidement.

7. Procédé (1) selon l’une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que chaque série de sections trouées forme un plan (P) répété selon une translation (B, C, C) dans au moins une direction afin de former un évidement symétrique dans ladite couche.

8. Procédé (1) selon l’une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que chaque série de sections trouées forme un plan répété selon une rotation (D) au moins partielle afin de former un évidement symétrique dans ladite couche.

9. Procédé (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs évidements (19, 19 ́, 19 ́ ́, 19 ́ ́ ́) obliques sont réalisés dans la même couche (11, 11 ́, 11 ́ ́, 11 ́ ́ ́) de silicium.