FR2721471A1 - Ultrasonic transducer and method of manufacturing such a transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer and method of manufacturing such a transducer Download PDF

Info

Publication number
FR2721471A1
FR2721471A1 FR9407488A FR9407488A FR2721471A1 FR 2721471 A1 FR2721471 A1 FR 2721471A1 FR 9407488 A FR9407488 A FR 9407488A FR 9407488 A FR9407488 A FR 9407488A FR 2721471 A1 FR2721471 A1 FR 2721471A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
layer
substrate
fixed electrode
silicon nitride
membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR9407488A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2721471B1 (en
Inventor
Beatrice Bonvalot
Minh-Trang Chau
Gabriel Marquette
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schlumberger SA
Original Assignee
Schlumberger SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schlumberger SA filed Critical Schlumberger SA
Priority to FR9407488A priority Critical patent/FR2721471B1/en
Priority to PCT/FR1995/000753 priority patent/WO1995035642A1/en
Priority to EP95922584A priority patent/EP0765590A1/en
Priority to AU27427/95A priority patent/AU2742795A/en
Priority to TW084106939A priority patent/TW289849B/zh
Publication of FR2721471A1 publication Critical patent/FR2721471A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2721471B1 publication Critical patent/FR2721471B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0292Electrostatic transducers, e.g. electret-type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

An ultrasonic transducer (38) including a 0.1-0.5 mu m-thick silicon nitride membrane (4a) with an intrinsic mechanical stress of 100 MPa to 1.3 GPa, and a fixed electrode (15) made of a non-metallic rigid material and provided with a plurality of holes (25) with a small average diameter, said fixed electrode defining with said membrane an inner space 1-5 mu m thick. A method for making said ultrasonic transducer is also disclosed.

Description

La présente invention est relative à un transducteur ultrasonore constitué d'une membrane et d'une électrode fixe ainsi qu'aux procédés de réalisation desdites membrane et électrode fixe et au procédé de fabrication dudit transducteur ultrasonore à partir de la membrane et de l'électrode fixe.The present invention relates to an ultrasonic transducer consisting of a membrane and a fixed electrode as well as to the processes for producing said membrane and fixed electrode and to the method of manufacturing said ultrasonic transducer from the membrane and the electrode. fixed.

On connaît deux grandes familles de transducteurs ultrasonores parmi lesquelles on peut citer les transducteurs à effet piézo-électrique qui sont classiquement constitués d'un disque piézo-électrique en céramique monté sur un substrat et muni d'une ou de plusieurs couches d'adaptation d'impédance.Two major families of ultrasonic transducers are known, among which are the piezoelectric effect transducers which conventionally consist of a ceramic piezoelectric disk mounted on a substrate and provided with one or more adaptation layers. 'impedance.

La structure en céramique d'un tel transducteur peut résonner radialement ou suivant son épaisseur ou encore de façon combinée.The ceramic structure of such a transducer may resonate radially or according to its thickness or in combination.

Ces transducteurs sont très résonants jusqu'à des fréquences supérieures à 100kHz et sur une bande de fréquences étroite mais offrent néanmoins un mauvais rendement en terme de puissance rayonnée.These transducers are very resonant up to frequencies above 100kHz and a narrow frequency band but nevertheless offer poor performance in terms of radiated power.

Les transducteurs ultrasonores de type bimorphe constituent la seconde grande famille et ces transducteurs sont généralement constitués d'une membrane vibrante sous laquelle est disposée un disque piézoélectrique.The ultrasonic transducers of bimorph type constitute the second large family and these transducers generally consist of a vibrating membrane under which is disposed a piezoelectric disk.

Ces transducteurs, plus sensibles que les transducteurs à effet piézoélectrique précités, sont très résonnants mais, par contre, ne permettent pas d'atteindre des fréquences de résonance supérieures à 100 kHz.These transducers, which are more sensitive than the aforementioned piezoelectric effect transducers, are very resonant but, on the other hand, do not make it possible to reach resonant frequencies greater than 100 kHz.

La Demanderesse s'est aperçue qu'il serait intéressant de pouvoir fabriquer des transducteurs ultrasonores très résonnants avec un pic de résonance défini avec une précision aisément reproductible d'un transducteur à l'autre et suivant un processus de fabrication peu coûteux. Ce pic de résonance devrait pouvoir être obtenu sur la gamme ultrasonore et notamment à partir de 100 kHz.The Applicant has found that it would be interesting to be able to manufacture highly resonant ultrasound transducers with a defined resonance peak with an easily reproducible precision of a transducer to another and following an inexpensive manufacturing process. This resonance peak should be able to be obtained on the ultrasonic range and especially from 100 kHz.

La présente invention a ainsi pour objet un transducteur ultrasonore comprenant une membrane en nitrure de silicium d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5ci avec une contrainte mécanique intrinsèque comprise entre 100 MPa et 1,3 GPa, et une électrode fixe réalisée en matériau rigide non métallique et munie d'une pluralité d'orifices de faible diamètre moyen, ladite électrode fixe définissant avec ladite membrane un espace inteme d'épaisseur comprise entre 1 et 5 um. The subject of the present invention is thus an ultrasonic transducer comprising a silicon nitride membrane with a thickness of between 0.1 and 0.5 cc with an intrinsic mechanical stress of between 100 MPa and 1.3 GPa, and a fixed electrode made of rigid non-metallic material and provided with a plurality of orifices of small average diameter, said fixed electrode defining with said membrane an inner space of thickness between 1 and 5 μm.

Ce transducteur ultrasonore possède du fait de son procédé de fabrication toutes les qualités requises pour avoir une fréquence de résonance ultrasonore ajustable, supérieure à 20kHz, définie avec une grande précision qui est d'ailleurs parfaitement reproductible. Ceci est dû notamment à la faible masse et à la grande rigidité de la membrane que l'on peut obtenir par le procédé de fabrication.This ultrasound transducer possesses, due to its fabrication process, all the qualities required to have an adjustable ultrasonic resonance frequency, greater than 20 kHz, defined with great precision, which is moreover perfectly reproducible. This is due in particular to the low mass and high rigidity of the membrane that can be obtained by the manufacturing process.

II est tout à fait possible de conférer à la membrane une contrainte mécanique intrinsèque comprise entre 100 MPa et 1,3 GPa et ainsi d'ajuster la fréquence de résonance du transducteur ultrasonore à une valeur comprise entre 20 kHz et 1 MHz. It is quite possible to confer on the membrane an intrinsic mechanical stress of between 100 MPa and 1.3 GPa and thus to adjust the resonant frequency of the ultrasonic transducer to a value between 20 kHz and 1 MHz.

Selon d'autres caractéristiques du transducteur ultrasonore: - la membrane en nitrure de silicium a une épaisseur de préférence comprise entre 0,3 et 0,5 Rm, - I'électrode fixe est réalisée en matériau semiconducteur ou en céramique, - I'électrode fixe a une épaisseur supérieure à 20 ,um, - les orifices de l'électrode fixe ont un diamètre moyen compris entre 25 et 100 clam. According to other characteristics of the ultrasonic transducer: the silicon nitride membrane has a thickness preferably of between 0.3 and 0.5 μm, the fixed electrode is made of semiconductor material or ceramic, the electrode fixed at a thickness greater than 20 μm, the orifices of the fixed electrode have a mean diameter of between 25 and 100 μm.

La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une membrane utilisée dans la fabrication du transducteur ultrasonore précité caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les étapes suivantes: - on forme une couche d'isolant électrique sur deux faces opposées dites avant et arrière d'un substrat en matériau semiconducteur, - on dépose une couche de nitrure de silicium sur chacune des deux couches d'isolant, - on implante ioniquement dans la couche de nitrure de silicium située en face avant dudit substrat un matériau adapté en vue de diminuer la contrainte mécanique intrinsèque de ladite couche de nitrure de silicium, - en vue de former une membrane en nitrure de silicium, on réalise les étapes a) à c) suivantes::
- a) on grave sélectivement les couches de nitrure de silicium et d'isolant situées en face arrière du substrat,
- b) on grave de façon anisotrope ledit substrat à partir de sa face arrière,
- c) et l'on grave sélectivement la couche d'isolant située en face avant du substrat - et l'on réalise au moins un contact électrique sur ladite membrane en face arrière du substrat.
The subject of the present invention is also a process for producing a membrane used in the manufacture of the above-mentioned ultrasonic transducer, characterized in that it consists in carrying out the following steps: a layer of electrical insulator is formed on two opposite faces called front and rear of a semiconductor material substrate, - a layer of silicon nitride is deposited on each of the two insulating layers, - is implanted ionically in the silicon nitride layer located on the front face of said substrate a material adapted to in order to reduce the intrinsic mechanical stress of said silicon nitride layer, - in order to form a silicon nitride membrane, the following steps a) to c) are carried out ::
a) selectively etching the silicon nitride and insulator layers located on the rear face of the substrate,
b) anisotropically etching said substrate from its rear face,
- c) and selectively etching the layer of insulation located on the front face of the substrate - and at least one electrical contact is made on said membrane on the rear face of the substrate.

Avantageusement, ce procédé inclut une étape d'implantation ionique d'une couche de nitrure de silicium de faible épaisseur, par exemple de l'ordre de 0,1 à 0,5 lm, qui permet de diminuer la contrainte mécanique intrinsèque de ladite couche.Advantageously, this process includes a step of ion implantation of a layer of thin silicon nitride, for example of the order of 0.1 to 0.5 μm, which makes it possible to reduce the intrinsic mechanical stress of said layer .

En effet, les ions ainsi implantés créent des défauts dans la couche de nitrure de silicium, induisant par conséquent un relâchement de la contrainte mécanique intrinsèque.Indeed, the ions thus implanted create defects in the silicon nitride layer, thereby inducing a relaxation of the intrinsic mechanical stress.

L'implantation ionique est effectuée avec une dose d'ions provenant d'un matériau appartenant aux colonnes III à V de la classification périodique des éléments et, par exemple du Bore, comprise entre 5.1013 et 5.1015 ions/cm2 et l'énergie d'accélération de ces ions est comprise entre 35 et 150 keV.Ion implantation is performed with a dose of ions from a material belonging to columns III to V of the periodic table of the elements and, for example boron, between 5.1013 and 5.1015 ions / cm2 and the energy of Acceleration of these ions is between 35 and 150 keV.

L'énergie des ions est calculée de façon à obtenir le maximum d'ions à l'interface entre la couche de nitrure de silicium et la couche d'isolant électrique sous-jacente.The ion energy is calculated to obtain the maximum of ions at the interface between the silicon nitride layer and the underlying electrical insulator layer.

On effectue ensuite une opération de recuit du substrat revêtu de sa couche de nitrure de silicium implantée ioniquement afin d'augmenter la contrainte mécanique de ladite couche.An annealing operation of the substrate coated with its ionically implanted silicon nitride layer is then carried out in order to increase the mechanical stress of said layer.

Le recuit s'effectue dans une gamme de températures allant de 500 à 800"C pendant une durée comprise entre 15 minutes et quelques heures. The annealing is carried out in a temperature range of 500 to 800 ° C for a period of between 15 minutes and a few hours.

Grâce au recuit, il est donc possible d'ajuster de façon précise la fréquence de résonance ultrasonore à la valeur souhaitée.Thanks to annealing, it is therefore possible to precisely adjust the ultrasound resonant frequency to the desired value.

Par ailleurs, le recuit permet d'obtenir une meilleure reproductibilité des valeurs de contraintes mécaniques dans la membrane d'un substrat à l'autre par rapport à une simple implantation ionique.Moreover, the annealing makes it possible to obtain a better reproducibility of the mechanical stress values in the membrane from one substrate to the other with respect to a simple ion implantation.

En outre, lors de la réalisation en série de plusieurs membranes sur plusieurs substrats, il est possible de se contenter d'une implantation ionique excessive identique pour tous les substrats qui va donc fortement réduire les contraintes mécaniques dans les couches de nitrure de silicium et ensuite d'ajuster la contrainte mécanique finale recherchée par des recuits adaptés.In addition, during the series production of several membranes on several substrates, it is possible to settle for an excessive ion implantation identical for all the substrates which will therefore greatly reduce the mechanical stresses in the silicon nitride layers and then to adjust the final mechanical stress sought by suitable annealing.

Le recuit permet également d'améliorer la stabilité à long terme de la contrainte mécanique dans la couche de nitrure de silicium et donc d'améliorer la stabilité du futur transducteur ultrasonore.The annealing also makes it possible to improve the long-term stability of the mechanical stress in the silicon nitride layer and thus to improve the stability of the future ultrasonic transducer.

La Demanderesse s'est aperçue qu'il est plus avantageux d'utiliser une couche de nitrure de silicium (membrane) d'épaisseur comprise entre 0,3 et 0, 5 lim afin de réduire sa fragilité et donc d'améliorer son comportement mécanique lors des étapes suivantes de formation de la membrane par gravure ainsi que les autres étapes.The Applicant has found that it is more advantageous to use a layer of silicon nitride (membrane) with a thickness of between 0.3 and 0.5 μm in order to reduce its fragility and thus to improve its mechanical behavior. during the following steps of formation of the membrane by etching as well as the other steps.

De plus, cette gamme d'épaisseur constitue le meilleur compromis possible entre la solidité de la membrane et sa sensibilité, en terme de conversion d'énergie mécanique en énergie acoustique et également de conversion d'énergie acoustique en énergie mécanique.In addition, this range of thickness is the best possible compromise between the strength of the membrane and its sensitivity, in terms of mechanical energy conversion into acoustic energy and also conversion of acoustic energy into mechanical energy.

On forme par exemple la couche d'isolant électrique par oxydation thermique des deux faces du substrat et la couche d'isolant a par exemple une épaisseur de 1,um, et cette épaisseur peut même être inférieure à 1 hum. La réalisation du contact électrique est obtenue par métallisation de la face arrière du substrat.For example, the electrical insulating layer is formed by thermal oxidation of the two faces of the substrate and the insulating layer, for example, has a thickness of 1 μm, and this thickness may even be less than 1 μm. The realization of the electrical contact is obtained by metallization of the rear face of the substrate.

En outre, préalablement à la réalisation du contact électrique et après gravure anisotropique de la majeure partie du substrat, on enlève par gravure sélective les couches de nitrure de silicium et d'isoiant qui restent en face arrière du substrat.In addition, prior to the making of the electrical contact and after anisotropic etching of the bulk of the substrate, is removed by selective etching the silicon nitride and insulation layers remaining on the rear face of the substrate.

Selon une autre mode de réalisation de l'invention, il est également possible d'envisager, avant de déposer la couche de nitrure de silicium sur la face avant du substrat revêtue d'une couche d'isolant électrique, de graver ladite couche d'isolant sur toute son épaisseur de manière à laisser une couche d'isolant périphérique.According to another embodiment of the invention, it is also possible to envisage, before depositing the silicon nitride layer on the front face of the substrate coated with a layer of electrical insulator, to etch said layer of insulation throughout its thickness so as to leave a layer of peripheral insulation.

Après cette opération, on effectue le dépôt de la couche de nitrure de silicium, son implantation ionique, éventuellement son recuit et ensuite, on structure ladite couche de nitrure de silicium implantée ioniquement de manière à laisser dégagée la couche d'isolant périphérique qui servira à définir l'espace interne et qui recevra par exemple un agent de scellement tel que du "PYREX" en vue de l'assemblage final du transducteur ultrasonore.After this operation, the deposition of the silicon nitride layer, its ionic implantation, and optionally its annealing is carried out, and then, said layer of ionic silicon nitride implanted ionically so as to leave exposed the layer of peripheral insulation which will be used to define the internal space and which will receive for example a sealing agent such as "PYREX" for the final assembly of the ultrasonic transducer.

Ainsi, ce mode de réalisation permet de mieux contrôler la formation de l'espace interne entre la membrane et une électrode fixe.Thus, this embodiment makes it possible to better control the formation of the internal space between the membrane and a fixed electrode.

Toutefois, dans ce mode de réalisation qui sera décrit ultérieurement plus en détails, I'épaisseur de la couche d'isolant électrique qui est par exemple formée par oxydation thermique des deux faces du substrat a une épaisseur qui doit être supérieure à 1 lit permettant ainsi de prédéterminer l'épaisseur de l'espace interne.However, in this embodiment which will be described later in more detail, the thickness of the electrical insulation layer which is formed for example by thermal oxidation of the two faces of the substrate has a thickness which must be greater than 1 bed thus allowing to predetermine the thickness of the internal space.

La présente invention a aussi pour objet un procédé de réalisation d'une électrode fixe utilisée dans la fabrication du transducteur ultrasonore précité, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les étapes suivantes à partir d'un substrat en matériau semiconducteur ayant deux faces opposées dites avant et arrière:: - on forme au moins une couche de protection sur la face arrière dudit substrat - on forme l'électrode fixe, d'une part, en gravant sélectivement ladite couche de protection située en face arrière du substrat et, d'autre part, en gravant de façon anisotrope ledit substrat à partir de sa face arrière, après avoir préalablement protégé la face avant vis à vis de la gravure anisotrope, - on grave dans ledit substrat une cavité principale située en regard de ladite électrode fixe et au moins une cavité secondaire destinée aux contacts électriques, - on forme au moins une couche d'isolant électrique dans la cavité centrale et dans au moins une cavité secondaire, - on forme une couche de protection métallique en face avant du substrat, - on grave sélectivement au droit de ladite cavité principale lesdites couches métallique, d'isolant et l'électrode fixe de manière à former une pluralité d'orifices dans ladite électrode fixe. La cavité principale a une profondeur comprise entre 1,5 et 2,5 um. The present invention also relates to a method for producing a fixed electrode used in the manufacture of the aforementioned ultrasonic transducer, characterized in that it consists in performing the following steps from a semiconductor material substrate having two opposite faces. said front and rear :: - at least one protective layer is formed on the rear face of said substrate - the fixed electrode is formed, on the one hand, by selectively etching said protective layer located on the rear face of the substrate and, d on the other hand, by anisotropically etching said substrate from its rear face, after having previously protected the front face with respect to the anisotropic etching, a principal cavity located opposite said fixed electrode is etched in said substrate; at least one secondary cavity for the electrical contacts, at least one layer of electrical insulation is formed in the central cavity and in at least one a secondary cavity is formed - a metal protective layer is formed on the front face of the substrate - the said metal, insulating and fixed electrode layers are selectively etched in the said main cavity so as to form a plurality of orifices in said fixed electrode. The main cavity has a depth of between 1.5 and 2.5 μm.

La couche de protection en face arrière du substrat est constituée d'un isolant électrique résistant aux agents de gravure et peut être constituée de nitrure de silicium mais il est alors préférable d'effectuer une implantation ionique de ladite couche avec un matériau appartenant aux colonnes III à V de la classification périodique des éléments en vue de diminuer la contrainte mécanique intrinsèque de celle-ci et donc d'adapter cette contrainte à celle du substrat.The protective layer on the rear face of the substrate is made of an electrical insulator resistant to etching agents and may consist of silicon nitride but it is then preferable to perform an ion implantation of said layer with a material belonging to the columns III to V of the periodic table of the elements in order to reduce the intrinsic mechanical stress of the latter and therefore to adapt this constraint to that of the substrate.

II est également possible de former deux couches de protection sur la face arrière du substrat, une première couche en contact avec ledit substrat étant formée d'un isolant électrique tel qu'un oxyde et une seconde couche de nitrure de silicium sur laquelle il n'est pas nécessaire d'effectuer une implantation ionique puisqu'elle n'est pas en contact direct avec le substrat. It is also possible to form two protective layers on the rear face of the substrate, a first layer in contact with said substrate being formed of an electrical insulator such as an oxide and a second silicon nitride layer on which it It is not necessary to carry out an ion implantation since it is not in direct contact with the substrate.

Pour éviter que la face avant ne soit attaquée lors de la gravure anisotrope du substrat par la face arrière, il faut la protéger et l'on peut, par exemple, se contenter d'une protection identique à celle formée en face arrière dudit substrat.To avoid that the front face is attacked during the anisotropic etching of the substrate by the rear face, it must be protected and one can, for example, be content with a protection identical to that formed in the rear face of said substrate.

II est possible de graver dans le substrat au moins deux cavités secondaires, I'une destinée à des contacts électriques de l'électrode fixe et l'autre prévue pour réaliser un contact électrique avec le substrat. It is possible to etch in the substrate at least two secondary cavities, one for electrical contacts of the fixed electrode and the other for making electrical contact with the substrate.

On forme ensuite la couche d'isolant électrique dans la cavité principale et dans au moins une cavité secondaire par dépôt d'une couche d'isolant électrique puis par gravure de ladite couche.The electrical insulating layer is then formed in the main cavity and in at least one secondary cavity by deposition of an electrical insulating layer and then etching of said layer.

On grave notamment la couche d'isolant électrique dans la cavité secondaire prévue pour établir un contact électrique avec le substrat.In particular, the layer of electrical insulation is etched in the secondary cavity intended to establish electrical contact with the substrate.

Après formation d'une couche de protection métallique en face avant du substrat sur les couches d'isolant précités, on grave ladite couche de protection métallique de manière à former des contacts électriques en vis-à-vis des cavités principale et secondaires.After forming a metal protective layer on the front face of the substrate on the aforementioned insulation layers, said metal protective layer is etched so as to form electrical contacts vis-à-vis the main and secondary cavities.

II est également possible de réaliser ultérieurement le contact électrique avec le substrat et par contre de former avant la réalisation de ce contact les orifices de l'électrode fixe mais cela complique davantage le procédé. It is also possible subsequently to make the electrical contact with the substrate and, on the other hand, to form the orifices of the fixed electrode before making this contact, but this further complicates the process.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication du transducteur ultrasonore précité à partir de la membrane et de l'électrode fixe respectivement obtenues par les procédés précédemment mentionnés. Suivant ce procédé de fabrication, on dépose un agent de scellement sur une partie périphérique de la face avant de la membrane ou de l'électrode fixe, on positionne la membrane en vis-à-vis de l'électrode fixe et on les assemble de manière à ce qu'elles forment entre elles un espace interne de faible épaisseur, par exemple comprise entre 1 et 5 lm. The invention also relates to a method of manufacturing the above-mentioned ultrasonic transducer from the membrane and the fixed electrode respectively obtained by the above-mentioned methods. According to this method of manufacture, a sealing agent is deposited on a peripheral part of the front face of the membrane or of the fixed electrode, the membrane is positioned opposite the fixed electrode and assembled with so that they form between them an internal space of small thickness, for example between 1 and 5 lm.

L'agent de scellement utilisé peut être une colle, du "PYREX" (marque déposée) ou tout autre agent de scellement approprié.The sealant used may be an adhesive, "PYREX" (registered trademark) or other suitable sealant.

Lorsque l'agent de scellement est du "PYREX", I'assemblage se fait par un scellement anodique et il est donc prévu, avant de déposer le "PYREX", de retirer des faces avant et arrière de l'électrode fixe les parties restantes des diverses couches ayant servi de protection, de retirer de la face avant de la membrane l'éventuelle couche de protection et de former sur les zones non gravées de ladite face avant de l'électrode fixe une couche de protection définitive.When the sealing agent is "PYREX", the assembly is done by anodic sealing and it is therefore expected, before depositing the "PYREX", to remove from the front and rear faces of the fixed electrode the remaining parts the various layers having served as protection, remove from the front face of the membrane the optional protective layer and form on the unetched areas of said front face of the fixed electrode a final protective layer.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1 à 12 sont des vues en coupe transversale représentant chacune une étape importante du procédé de réalisation d'une membrane utilisée pour la fabrication d'un transducteur ultrasonore selon un mode de réalisation de l'invention, - les figures 13 à 23 sont des vues en coupe transversale représentant chacune une étape importante du procédé de réalisation d'une électrode fixe utilisée pour la fabrication d'un transducteur ultrasonore selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 24 est une vue en coupe transversale représentant le transducteur ultrasonore assemblé selon l'invention, - la figure 25 représente une courbe de réponse en fréquence d'un transducteur ultrasonore selon l'invention avec une fréquence de résonance à 100 kHz. Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description given by way of illustrative and non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in which: - Figures 1 to 12 are views in cross section each representing an important step in the process of producing a membrane used for the manufacture of an ultrasonic transducer according to one embodiment of the invention, - Figures 13 to 23 are cross-sectional views each representing a step of the method of producing a fixed electrode used for the manufacture of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the invention, - Figure 24 is a cross-sectional view showing the ultrasonic transducer assembled according to the invention, - FIG. 25 represents a frequency response curve of an ultrasonic transducer according to the invention with a resonant frequency at 100 kHz.

Dans des conditions de fabrication usuelles, les procédés de réalisation selon l'invention permettent bien évidemment de réaliser simultanément plusieurs membranes et plusieurs électrodes fixes à partir d'un même substrat pour chaque procédé et donc de fabriquer ensuite simultanément plusieurs transducteurs ultrasonores sous la forme d'un réseau de transducteurs.Under usual manufacturing conditions, the production methods according to the invention obviously make it possible to simultaneously produce several membranes and several fixed electrodes from one and the same substrate for each process and thus to subsequently simultaneously manufacture several ultrasonic transducers in the form of a network of transducers.

Toutefois, en vue de simplifier l'exposé qui va suivre, seules une membrane et une électrode fixe seront représentées.However, in order to simplify the following description, only a membrane and a fixed electrode will be represented.

On va s'intéresser en premier lieu à la réalisation de la membrane qui va être décrite en référence aux figures 1 à 12.We will focus first on the realization of the membrane which will be described with reference to Figures 1 to 12.

Comme représenté à la figure 1, on utilise un substrat 1 de résistivité moyenne dopée p, comprise entre 1 et 20 Q/cm, et par exemple une plaquette de silicium monocristallin dont l'orientation cristalline est du type < 100 > d'épaisseur égale à 520 um et qui présente deux grandes faces opposées 1 a, lb dites avant et arrière. Cette plaquette 1 est nettoyée de manière usuelle puis l'on forme sur chacune de ses grandes faces opposées une couche d'isolant électrique 2, 3.As represented in FIG. 1, a substrate 1 of p-doped average resistivity of between 1 and 20 Ω / cm is used, and for example a monocrystalline silicon wafer whose crystalline orientation is of the <100> type of equal thickness. at 520 μm and which has two large opposite faces 1 a, lb said front and rear. This wafer 1 is cleaned in the usual manner and then is formed on each of its large opposite faces an electric insulation layer 2, 3.

Par exemple, on effectue une oxydation thermique du silicium sur par exemple 111m tel que représenté sur la figure 1.For example, a thermal oxidation of the silicon is carried out for example 111m as shown in FIG.

L'étape suivante dont le résultat est illustré à la figure 2 consiste à délimiter l'espace interne qui formera avec la membrane et l'électrode fixe une capacité variable.The next step, the result of which is illustrated in FIG. 2, is to delimit the internal space which will form with the membrane and the fixed electrode a variable capacity.

Pour ce faire, on dépose une couche de résine photosensible (non représentée), par exemple à la tournette, sur la couche d'oxyde 2 en face avant la de la plaquette 1, on effectue un recuit à 600C, on aligne un masque de photogravure (non représenté), avec ladite plaquette, on insole cette couche de résine à travers ledit masque, on développe la couche de résine insolée avec le masque, on effectue un autre recuit à 120"C, on réalise une gravure de la couche d'oxyde 2 dans la partie centrale à l'aide d'un agent de gravure tel que l'acide fluorhydrique en solution diluée afin de former l'espace interne.To do this, a layer of photosensitive resin (not shown) is deposited, for example by spinning, on the oxide layer 2 on the front face of the wafer 1, an annealing is carried out at 600.degree. photogravure (not shown), with said wafer, this resin layer is insulated through said mask, the insolated resin layer is developed with the mask, another annealing is carried out at 120 ° C., etching of the film layer is carried out oxide 2 in the central portion using an etchant such as hydrofluoric acid in dilute solution to form the inner space.

Ensuite, il ne reste plus qu'à retirer la couche de résine photosensible restante puis à nettoyer de manière classique les surfaces.Then, all that remains is to remove the remaining photosensitive resin layer and then clean the surfaces in a conventional manner.

On obtient alors une zone périphérique 2a de la couche d'oxyde définissant en son centre l'espace interne.A peripheral zone 2a of the oxide layer defining at its center the internal space is then obtained.

L'étape suivante (fig.3) du procédé consiste à déposer une couche de nitrure de silicium 4, 5 comprise entre 0,1 et 0,5 lim et par exemple d'environ 0,3 um sur chacune des deux faces oxydées ou partiellement oxydées de la plaquette 1.The next step (FIG. 3) of the process consists in depositing a layer of silicon nitride 4, between 0.1 and 0.5 μm and for example approximately 0.3 μm on each of the two oxidized faces. partially oxidized platelet 1.

Ce dépôt s'effectue par exemple par une technique connue de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD).This deposition is carried out for example by a known technique of low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).

On réalise ensuite une implantation ionique, dans la couche de nitrure de silicium 4 située en face avant de la plaquette, d'un matériau appartenant aux colonnes III à V de la classification périodique des éléments, comme par exemple le bore en vue de diminuer la contrainte mécanique intrinsèque de ladite couche de nitrure de silicium (figure 4).An ion implantation, in the silicon nitride layer 4 situated on the front face of the wafer, of a material belonging to columns III to V of the periodic table of elements, such as, for example, boron, in order to reduce the intrinsic mechanical stress of said silicon nitride layer (FIG. 4).

On peut également utiliser comme autre matériau adapté pour l'implantation ionique de l'oxygène.It is also possible to use another suitable material for the ion implantation of oxygen.

Pour cette implantation, on utilise une dose d'ions comprise entre 5.1013 et 5.1015 ions/cm2 et par exemple égale à 2.1015 ions/cm2.For this implantation, a dose of ions of between 5 × 10 13 and 5 × 10 15 ions / cm 2 and for example equal to 2 × 10 15 ions / cm 2 is used.

L'énergie d'accélération des ions est comprise entre 35 et 150 kev et est par exemple égale à 100 kev. Le choix de la dose d'ions et de l'énergie d'accélération est fait en fonction de leur taille et de leur masse.The ion acceleration energy is between 35 and 150 kev and is for example equal to 100 kev. The choice of the ion dose and the acceleration energy is made according to their size and mass.

On mesure, par exemple au moyen de la méthode Blister décrite dans l'article de S.D. Senturia, M.G. Allen and M. Mehregany, "Microfabricated structures for the in-situ measurements of residual stress, Young's modulus, and ultimate strain of the films", Appl. Phys. Lett. 51, (4), (1992), 241-243, la contrainte mécanique intrinsèque de la couche de nitrure de silicium qui fournit une valeur inférieure à 100 MPa.For example, using the Blister method described in the article by SD Senturia, MG Allen and M. Mehregany, "Microfabricated structures for the in-situ measurements of residual stress, Young's modulus, and ultimate strain of the films". , Appl. Phys. Lett. 51, (4), (1992), 241-243, the intrinsic mechanical stress of the silicon nitride layer which provides a value less than 100 MPa.

Comme cela a été expliqué précédemment, on peut souhaiter ajuster avec précision la fréquence de résonance ultrasonore et l'on procède pour cela à une opération de recuit dans un four à une température de 600 "C pendant 30 minutes.As previously explained, it may be desired to adjust the ultrasonic resonance frequency accurately and this is accomplished by annealing in an oven at a temperature of 600 ° C for 30 minutes.

II convient de noter que le recuit permet donc d'augmenter la contrainte mécanique intrinsèque du nitrure de silicium et d'obtenir avec une grande précision cette contrainte et par là meme la fréquence de résonance du futur transducteur ultrasonore, ce qui est très utile si la contrainte a été trop fortement réduite lors de l'implantation ionique ou si la contrainte approche par valeur inférieure la valeur souhaitée mais avec une précision insuffisante. It should be noted that the annealing thus makes it possible to increase the intrinsic mechanical stress of the silicon nitride and to obtain with great precision this stress and hence the resonant frequency of the future ultrasonic transducer, which is very useful if the The stress has been too strongly reduced during the ion implantation or if the stress approaches by a value lower than the desired value but with insufficient precision.

Grâce au recuit, il n'est donc pas nécessaire de bien maîtriser l'étape d'implantation ionique.Thanks to the annealing, it is therefore not necessary to master the ion implantation step.

Lorsque la contrainte mécanique intrinsèque du nitrure de silicium a été ajustée à la valeur souhaitée qui va permettre d'obtenir avec précision la fréquence ultrasonore de résonance désirée, par exemple 400 MPa, on procède alors à la structuration de cette membrane à partir de la face arrière.When the intrinsic mechanical stress of the silicon nitride has been adjusted to the desired value which will make it possible to obtain precisely the desired resonance ultrasound frequency, for example 400 MPa, the membrane is then structured from the face back.

Pour cela, on dépose à la tournette une couche de résine photosensible (non représentée) sur la face arrière de la plaquette, c'est à dire sur la face extérieure de la couche 5, on effectue un recuit à 600C, on aligne un masque de photogravure (non représenté) avec la plaquette, on insole cette couche de résine à travers ledit masque, on développe et on effectue un autre recuit à 12000. For this purpose, a photoresist layer (not shown) is deposited by spinning on the rear face of the wafer, ie on the outer face of the layer 5, an annealing is carried out at 600.degree. photogravure (not shown) with the wafer, this resin layer is insulated through said mask, develops and performs another annealing at 12000.

Ensuite, on grave de manière sélective la couche de nitrure de silicium 5 par attaque ionique réactive (RIE) en présence d'ions d'hexafluorure de soufre et d'oxygène (gravure sèche), puis la couche d'oxyde 3 par gravure humide dans une solution HF/NH4F 1:7.Next, the silicon nitride layer 5 is etched selectively by reactive ion etching (RIE) in the presence of sulfur hexafluoride and oxygen ions (dry etching), and then the oxide layer 3 by wet etching. in 1: 7 HF / NH4F solution.

On retire ensuite la couche de résine photosensible restante et l'on nettoie classiquement les surfaces.The remaining photosensitive resin layer is then removed and the surfaces are conventionally cleaned.

Comme représenté sur la figure 5, on obtient alors une zone périphérique formée d'une partie 5a de la couche de nitrure de silicium et d'une partie 3a de la couche d'oxyde laissant dégagée sur une zone centrale la face arrière lb de la plaquette 1.As shown in FIG. 5, a peripheral zone formed of a portion 5a of the silicon nitride layer and a part 3a of the oxide layer leaving on a central zone the rear face 1b of the plate 1.

On effectue ensuite une photogravure en face avant de la plaquette de manière à graver la couche 4 de nitrure de silicium pour faire apparaître la zone périphérique 2a de la couche d'oxyde 2.A photoetching is then carried out on the front face of the wafer so as to etch the layer 4 of silicon nitride to reveal the peripheral zone 2a of the oxide layer 2.

Cette photogravure est identique à celle décrite précédemment et comporte les étapes suivantes: - dépôt d'une couche de résine photosensible en face avant, - recuit à 60"C, - insolation à travers un masque, - développement, - recuit à 1200C.This photogravure is identical to that described above and comprises the following steps: - deposition of a layer of photoresist on the front, - annealing at 60 "C, - exposure through a mask, - development, - annealing at 1200C.

La couche 4 de nitrure de silicium est gravée par attaque ionique réactive en présence d'ions d'hexafluorure de soufre et d'oxygène puis l'on enlève la couche de résine photosensible restante et l'on nettoie classiquement les surfaces (figure 6).The silicon nitride layer 4 is etched by reactive ion etching in the presence of sulfur hexafluoride ions and oxygen, then the remaining photosensitive resin layer is removed and the surfaces are conventionally cleaned (FIG. 6). .

Comme représenté sur la figure 7, on dépose par dépôt cathodique ou par évaporation sous vide une couche 6 de *PYREX 7740" (marque déposée) comprise entre 1 et 3 cm et par exemple de 2 um. As shown in FIG. 7, a layer 6 of * PYREX 7740® (registered trademark) of between 1 and 3 cm and for example 2 μm is deposited by cathodic deposition or evaporation under vacuum.

On effectue ensuite une photogravure en face avant de la plaquette 1 de manière à graver la couche 6 de "PYREX" pour faire apparaître la zone centrale restante 4a de la couche 4 de nitrure de silicium implantée ioniquement et ainsi former une zone périphérique 6a de la couche de "PYREX* (figure 8).A photoetching is then carried out on the front face of the wafer 1 so as to etch the layer 6 of "PYREX" so as to reveal the remaining central zone 4a of the layer 4 of ionically implanted silicon nitride and thus form a peripheral zone 6a of the layer of "PYREX *" (Figure 8).

Cette photogravure est effectuée selon les étapes explicitées précédemment: - dépôt d'une couche de résine photosensible en face avant, - recuit à 60"C, - insolation à travers un masque, - développement, - recuit à 1200C. This photogravure is carried out according to the steps explained above: - deposition of a layer of photoresist on the front face, - annealing at 60 ° C, - exposure through a mask, - development, - annealing at 1200C.

La couche 6 de "PYREX" est alors gravée (gravure humide) dans une solution de HF dilué.The layer 6 of "PYREX" is then etched (wet etching) in a dilute HF solution.

II faut toutefois préciser que si l'on n'utilise pas le "PYREX" comme agent de scellement, on peut se passer de l'étape illustrée par la figure 2 qui consiste à préformer l'espace interne en structurant une zone périphérique 2a de la couche d'oxyde 2 en face avant de la plaquette 1. It should be noted, however, that if the "PYREX" is not used as a sealing agent, the step illustrated in FIG. 2 which consists of preforming the internal space by structuring a peripheral zone 2a of the oxide layer 2 on the front face of the wafer 1.

Dans ce cas, L'agent de scellement qui peut être une colle et par exemple un polyimide ou une résine époxy, n'est déposé qu'après avoir réalisé la membrane et l'électrode fixe, juste avant l'assemblage.In this case, the sealing agent which may be an adhesive and for example a polyimide or an epoxy resin, is deposited after having made the membrane and the fixed electrode, just before assembly.

Une autre variante pourrait consister à préformer l'espace interne en structurant une zone périphérique 2a de la couche d'oxyde 2 en face avant de la plaquette 1 comme déjà décrit mais à ne déposer la couche de PYREX qu'après avoir réalisé la membrane et l'électrode fixe.Another variant could consist in preforming the internal space by structuring a peripheral zone 2a of the oxide layer 2 in the front face of the wafer 1 as already described, but not in depositing the PYREX layer until after having made the membrane and the fixed electrode.

Pour cette variante, il convient toutefois de graver cette couche de "PYREX" avant d'envisager le scellement de la membrane et de l'électrode fixe.For this variant, it is however necessary to engrave this layer of "PYREX" before considering the sealing of the membrane and the fixed electrode.

Maintenant, on va s'intéresser à la structuration de la membrane en nitrure de silicium qui est réalisée à partir de la face arrière lb de la plaquette tel que représenté aux figures 9 à 11.Now, we will focus on the structuring of the silicon nitride membrane which is made from the rear face lb of the wafer as shown in Figures 9 to 11.

Suivant une première étape (fig.9), on grave de façon anisotrope la plaquette 1 en silicium à partir de sa face arrière 1 b dégagée, à l'aide d'une solution contenant l'agent de gravure KOH dilué à 30% et portée à une température de l'ordre de 70 à 90"C. According to a first step (FIG. 9), the silicon wafer 1 is etched anisotropically from its back face 1b, using a solution containing the KOH etching agent diluted to 30% and brought to a temperature of the order of 70 to 90 ° C.

Comme représenté sur la figure 9, on grave la plaquette 1 jusqu'à obtenir une épaisseur de silicium par exemple de 5 um avant d'atteindre la zone centrale 4a de la couche de nitrure de silicium 4.As shown in FIG. 9, the wafer 1 is etched to obtain a thickness of silicon, for example 5 μm, before reaching the central zone 4a of the silicon nitride layer 4.

Pendant cette étape, on peut prévoir de protéger, par exemple mécaniquement avec une plaque de verre, la face avant la de la plaquette.During this step, it is possible to protect, for example mechanically with a glass plate, the front face of the wafer.

On effectue ensuite un rinçage à l'eau déionisée puis l'on retire l'éventuelle protection en face avant et l'on nettoie de manière classique les surfaces. Rinsing is then carried out with deionized water and the possible protection on the front face is removed and the surfaces are cleaned in a conventional manner.

Une deuxième étape (fig.10) consiste alors à éliminer de la face arrière lb de la plaquette les zones périphériques 3a et 5a des couches respectives d'oxyde et de nitrure de silicium. On peut réaliser cette étape par gravure sélective, d'une part, par attaque ionique réactive en présence d'ions hexafluorure de la zone 5a de la couche de nitrure de silicium et, d'autre part, par gravure humide dans une solution
HF/NH4F1:7 de la zone 3a de la couche d'oxyde 3.
A second step (FIG. 10) then consists in eliminating from the rear face 1b of the wafer the peripheral zones 3a and 5a of the respective layers of oxide and silicon nitride. This step can be carried out by selective etching, on the one hand, by reactive ionic etching in the presence of hexafluoride ions of zone 5a of the silicon nitride layer and, on the other hand, by wet etching in a solution.
HF / NH4F1: 7 of the zone 3a of the oxide layer 3.

II convient de noter qu'il est préférable de réaliser cette étape lorsque toute l'épaisseur de silicium n'a pas été gravée tel que cela vient d'être décrit pour ne pas endommager la membrane et plus particulièrement la zone centrale 4a de la couche 4. It should be noted that it is preferable to carry out this step when the entire thickness of silicon has not been etched as just described so as not to damage the membrane and more particularly the central zone 4a of the layer. 4.

Toutefois, cette étape peut être réalisée après gravure totale du silicium mais elle s'avère plus délicate pour les raisons exposées ci-dessus.However, this step can be performed after total silicon etching but it is more delicate for the reasons explained above.

La figure 1 1 représente la troisième étape de structuration de la membrane qui consiste à effectuer une autre gravure anisotrope dans une solution contenant l'agent de gravure KOH dilué à 30% et portée à une température de 80"C à partir de la face arrière lb déjà partiellement gravée pour enlever la dernière épaisseur restante de silicium et ainsi dégager la zone centrale 4a de la couche 4.FIG. 11 shows the third step of structuring the membrane, which consists in performing another anisotropic etching in a solution containing the 30% diluted KOH etching agent and brought to a temperature of 80.degree. C. from the rear face lb already partially etched to remove the last remaining thickness of silicon and thus clear the central zone 4a of the layer 4.

Ensuite on rince à l'eau déionisée les surfaces et l'on nettoie de manière classique.Then the surfaces are rinsed with deionized water and cleaned in a conventional manner.

On peut bien sûr protéger comme déjà précisé la face avant la de la plaquette 1 pendant cette troisième étape.We can of course protect as already specified the front face of the wafer 1 during this third step.

II ne reste plus alors qu'à réaliser au moins un contact électrique sur la face arrière structurée de la plaquette 1. It then remains only to make at least one electrical contact on the structured rear face of the wafer 1.

Pour ce faire, on métallise, par exemple, toute la face arrière de la plaquette comme représenté sur la figure 12 avec une couche 7 formée d'un alliage de Nickel, de Chrome et d'Or sur environ 0,05 lm, le chrome étant disposé au contact de la face arrière de la plaquette sur environ 0,005 Rm. To do this, it metallizes, for example, the entire rear face of the wafer as shown in Figure 12 with a layer 7 formed of an alloy of nickel, chromium and gold about 0.05 lm, chromium being disposed in contact with the rear face of the wafer about 0.005 Rm.

Cette couche de métallisation 7 peut s'effectuer par dépôt cathodique ou par évaporation sous vide. This metallization layer 7 may be carried out by cathodic deposition or by evaporation under vacuum.

On va maintenant décrire en référence aux figures 13 à 23, le procédé de réalisation de l'électrode fixe.The method of producing the fixed electrode will now be described with reference to FIGS. 13 to 23.

Comme représenté à la figure 13, on utilise un substrat 10 de résistivité moyenne dopée p, comprise entre 1 et 20 Q/cm, et par exemple une plaquette de silicium monocristallin dont l'orientation cristalline est du type < 100 > , d'épaisseur égale à 5201um et qui présente deux grandes faces opposées 10a et lOb dites avant et arrière.As shown in FIG. 13, a p-doped average resistivity substrate 10, between 1 and 20 Ω / cm, and for example a monocrystalline silicon wafer whose crystalline orientation is of the <100> type, of thickness equal to 5201um and which has two large opposite faces 10a and 10b said front and rear.

Cette plaquette 10 est nettoyée de manière usuelle puis l'on forme au moins une couche de protection constituée d'un isolant électrique résistant aux agents de gravure sur la face arrière 10b de ladite plaquette. On forme par exemple deux couches de protection sur chaque face 10a, 10b de la plaquette.This wafer 10 is cleaned in the usual manner and then at least one protective layer consisting of an electrical insulator resistant to etching agents is formed on the rear face 10b of said wafer. For example, two protective layers are formed on each face 10a, 10b of the wafer.

Une première couche 11, (reste.12) est formée par oxydation thermique du silicium en face avant 10a (resp. en face arrière lOb) sur une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,3 pm et par exemple égale à 0,2 um. A first layer 11, (remainder), is formed by thermal oxidation of the silicon on the front face 10a (or on the rear face 10b) on a thickness of between 0.1 and 0.3 μm and for example equal to 0.2 um.

Une seconde couche 13, (resp.14) d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,3 clam, par exemple égale à 0,2 lm, est formée sur la couche 11 (resp.12) par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (fig. 13).A second layer 13, (resp.14) of thickness between 0.1 and 0.3 clam, for example equal to 0.2 μm, is formed on the layer 11 (resp.12) by chemical vapor deposition at low pressure (Fig. 13).

Ainsi que représenté sur la figure 14, on procède à la première étape de réalisation de l'électrode fixe par une gravure sélective des couches de protection de nitrure de silicium 14 et d'oxyde 12 situées sur la face arrière 10b de la plaquette 10.As shown in FIG. 14, the first step of producing the fixed electrode is carried out by selective etching of the silicon nitride and oxide protection layers 12 located on the rear face 10b of the wafer 10.

Pour ce faire, on effectue une photogravure de la face arrière 10b en réalisant les étapes déjà décrites en détail lors de la réalisation de la membrane: - dépôt d'une couche de résine photosensible en face avant, - recuit à 60"C, - insolation à travers un masque, - développement, - recuit à 1200C. For this purpose, a photoetching of the rear face 10b is carried out by carrying out the steps already described in detail during the production of the membrane: depositing a layer of photosensitive resin on the front face, annealing at 60.degree. sunstroke through a mask, - development, - annealing at 1200C.

La couche 14 de nitrure de silicium est gravée par attaque ionique réactive (RIE) en présence d'ions hexafluorure de soufre et d'oxygène (gravure sèche) puis la couche 12 d'oxyde est gravée par gravure humide dans une solution HF/NH4F 1:7. The silicon nitride layer 14 is etched by reactive ion etching (RIE) in the presence of sulfur hexafluoride and oxygen ions (dry etching), and then the oxide layer 12 is etched by wet etching in an HF / NH4F solution. 1: 7.

On retire ensuite la couche de résine photosensible restante et l'on nettoie de manière classique les surfaces.The remaining photosensitive resin layer is then removed and the surfaces are conventionally cleaned.

La figure 14 montre que l'on a gravé les couches de protection dans leur partie centrale pour dégager la partie centrale de la face arrière 10b de la plaquette qui va faire l'objet d'une attaque anisotrope.FIG. 14 shows that the protective layers have been etched in their central part in order to disengage the central part of the rear face 10b of the wafer which will undergo anisotropic etching.

Les parties restantes respectives 12a et 14a des couches de protection 12 et 14 forment une zone périphérique.The respective remaining portions 12a and 14a of the protective layers 12 and 14 form a peripheral zone.

L'étape suivante consiste à effectuer une gravure anisotrope de la plaquette de silicium 10 à partir de sa face arrière lOb avec une solution contenant un agent de gravure tel que KOH dilué à 30% ét portée à une température de 75"C. The next step is to anisotropically etch the silicon wafer 10 from its back side 10b with a solution containing an etching agent such as KOH diluted to 30% and brought to a temperature of 75 ° C.

On grave ainsi le silicium jusqu'à laisser une épaisseur de silicium de 50 m formant ainsi l'électrode fixe (fig. 15).The silicon is etched to a silicon thickness of 50 m thus forming the fixed electrode (FIG 15).

Un rinçage à l'eau déionisée est ensuite effectué puis un nettoyage classique des surfaces.Rinsing with deionized water is then carried out and then a conventional cleaning of the surfaces.

Évidemment, il est possible de protéger la surface située en face avant de la plaquette avec une plaque de verre pendant la gravure KOH.Obviously, it is possible to protect the surface located on the front face of the wafer with a glass plate during the etching KOH.

Consécutivement, on forme de la manière qui va être décrite en détail ciaprès une cavité principale 10 de profondeur comprise entre 1,5 et 2,5 tlm et par exemple égale à 1 um située en regard de l'électrode fixe 15 et au moins une cavité secondaire 17 destinée aux contacts électriques.Subsequently, a main cavity 10 having a depth of between 1.5 and 2.5 μm and for example equal to 1 μm located opposite the fixed electrode 15 is formed in the manner to be described in detail below, and at least one secondary cavity 17 for electrical contacts.

Une deuxième cavité secondaire 18 est également formée de la même manière en vue de réaliser un contact électrique avec la face avant 1 0a de la plaquette 10. Ainsi, on effectue une photogravure en face avant de la plaquette 10 suivant les étapes classiques: - dépôt d'une couche de résine photosensible en face avant, - recuit à 60"C, - insolation à travers un masque, - développement, - recuit à 1200C. A second secondary cavity 18 is likewise formed in order to make electrical contact with the front face 10a of the wafer 10. Thus, a photogravure is carried out on the front face of the wafer 10 according to the conventional steps: of a layer of photosensitive resin on the front face, - annealing at 60 ° C, - exposure through a mask, - development, - annealing at 1200C.

La couche de nitrure de silicium 13 est gravée par attaque ionique réactive (RIE) en présence d'ions d'hexafluorure de soufre et d'oxygène (gravure sèche) puis la couche d'oxyde 1 1 est gravée par gravure humide dans une solution HF/NH4F1:7. The silicon nitride layer 13 is etched by reactive ion etching (RIE) in the presence of sulfur hexafluoride ions and oxygen (dry etching), then the oxide layer 11 is etched by wet etching in a solution. HF / NH4F1: 7.

Une faible épaisseur d'environ 2 tLm de la plaquette de silicium est ensuite gravée par attaque ionique réactive (RIE) en présence d'ions d'hexafluorure de soufre et d'oxygène. On retire la couche de résine photosensible restante et l'on nettoie de manière classique les surfaces.A small thickness of about 2 μm of the silicon wafer is then etched by reactive ion etching (RIE) in the presence of sulfur hexafluoride ions and oxygen. The remaining photosensitive resin layer is removed and the surfaces are conventionally cleaned.

Comme représenté sur la figure 16, on obtient ainsi une cavité centrale 16 et deux cavités secondaires 17 et 18.As shown in FIG. 16, a central cavity 16 and two secondary cavities 17 and 18 are thus obtained.

L'étape qui va suivre permet d'obtenir le résultat illustré à la figure 17 et consiste à former au moins une couche d'isolant électrique 20 d'épaisseur comprise entre 0,5 et 2,5 tjm dans la cavité centrale 16 et dans au moins une cavité secondaire et par exemple égale à 1 um. The following step makes it possible to obtain the result illustrated in FIG. 17 and consists in forming at least one layer of electrical insulator 20 with a thickness of between 0.5 and 2.5 μm in the central cavity 16 and in at least one secondary cavity and for example equal to 1 .mu.m.

Par exemple, on forme une couche d'isolant 21, 22 dans chacune des deux cavités secondaires 17 et 18.For example, an insulation layer 21, 22 is formed in each of the two secondary cavities 17 and 18.

La couche d'isolant d'épaisseur égale à 1 cm est par exemple obtenue par oxydation thermique à 1100"C du silicium situé au fond des cavités principale 16 et secondaires 17, 18 à 1 1000C en atmosphère sèche pendant 1 heure, puis en atmosphère humide pendant 1 heure 30 et enfin en atmosphère sèche pendant 1 heure.The insulating layer having a thickness of 1 cm is, for example, obtained by thermal oxidation at 1100 ° C. of the silicon located at the bottom of the main and secondary cavities 17, 18 at 1000 ° C. in a dry atmosphere for 1 hour, then in an atmosphere. wet for 1 hour 30 and finally in a dry atmosphere for 1 hour.

Ainsi que représenté à la figure 18, on grave la couche d'oxyde 20 situé dans la cavité centrale 16 pour former une pluralité de trous 23 de faible diamètre moyen compris entre 25 et 100 KLm et par exemple égal à 50 lim et l'on grave la couche d'oxyde 22 située dans la deuxième cavité secondaire 18 afin de réaliser un contact électrique avec la plaquette 10.As shown in FIG. 18, the oxide layer 20 in the central cavity 16 is etched to form a plurality of holes 23 with a small average diameter of between 25 and 100 KLm and for example equal to 50 μm. etches the oxide layer 22 located in the second secondary cavity 18 in order to make electrical contact with the wafer 10.

Pour cela on effectue les étapes suivantes: - dépôt d'une couche de résine photosensible en face avant 10a, - recuit à 60"C, - insolation à travers un masque, - développement, - recuit à 1200C. For this, the following steps are carried out: deposition of a layer of photosensitive resin in front face 10a, annealing at 60 ° C., exposure through a mask, development, annealing at 1200 ° C.

- gravure des couches d'oxyde 20, 22 à l'aide d'une solution
HF/NH4F1 :7 - retrait de la couche de résine photosensible restante - nettoyage classique des surfaces.
etching the oxide layers 20, 22 with a solution
HF / NH4F1: 7 - removal of the remaining photoresist layer - conventional surface cleaning.

La figure 19 illustre l'étape suivante de formation d'une couche de protection métallique 24 en face avant 1 0a de la plaquette.FIG. 19 illustrates the following step of forming a metal protective layer 24 on the front face 10a of the wafer.

Cette couche 24 par exemple en aluminium d'épaisseur égale à 1pLm est déposée en face avant par dépôt cathodique ou évaporation sous vide.This layer 24, for example aluminum with a thickness equal to 1 μm, is deposited on the front face by cathodic deposition or evaporation under vacuum.

On procède ensuite à la photogravure des couches métallique 24 et d'oxyde 20 de la manière classique: - dépôt d'une couche de résine photosensible en face avant, - recuit à 60"C, - insolation à travers un masque, - développement, - recuit à 1200C, - gravure dans l'acide phosphorique de l'aluminium et de l'oxyde situé au droit des trous 23 formés à l'étape correspondant à la figure 18 de manière à reformer ces trous (fig.20), - rinçage à l'eau déionisée, - retrait de la couche de résine photosensible restante et nettoyage classique.The metal layers 24 and oxide 20 are then photogravure in the conventional manner: - depositing a layer of photosensitive resin on the front face, - annealing at 60 ° C, - exposure through a mask, - development, annealing at 1200 ° C., etching in phosphoric acid of the aluminum and of the oxide located in line with the holes 23 formed in the step corresponding to FIG. 18 so as to reform these holes (FIG. 20); rinsing with deionized water, - removal of the remaining photosensitive resin layer and conventional cleaning.

Lors de l'étape suivante dont le résultat est illustré à la figure 21, on procède à la formation d'une pluralité d'orifices 25 dans l'électrode fixe en effectuant une gravure sèche du silicium de l'électrode fixe sur toute son épaisseur (environ 50 clam) par attaque ionique réactive en présence d'ions d'hexafluorure de soufre.In the next step, the result of which is illustrated in FIG. 21, a plurality of orifices 25 are formed in the fixed electrode by performing a dry etching of the silicon of the fixed electrode throughout its thickness. (about 50 clam) by reactive ionic etching in the presence of sulfur hexafluoride ions.

L'avant dernière étape (fig. 22) consiste à effectuer une photogravure de la couche de protection métallique 24 de manière à former des contacts électriques en vis à vis des cavités principale 16 et secondaires 17 et 18.The penultimate step (Fig. 22) consists in carrying out a photoetching of the metal protective layer 24 so as to form electrical contacts facing the main 16 and secondary cavities 17 and 18.

Cette étape est réalisée de la manière suivante: - dépôt d'une couche de résine photosensible en face avant, - recuit à 60"C, - insolation à travers un masque, - développement, - recuit à 1200C, - gravure de l'aluminium dans l'acide phosphorique, - rinçage à l'eau déionisée, - retrait de la couche de résine photosensible restante et nettoyage classique.This step is carried out as follows: depositing a layer of photosensitive resin on the front face, annealing at 60 ° C., exposure through a mask, development, annealing at 1200 ° C., etching of aluminum in phosphoric acid, - rinsing with deionized water, - removal of the remaining photosensitive resin layer and conventional cleaning.

On obtient ainsi des contacts électriques 30 dans la cavité secondaire 17, des contacts électriques 31 dans la cavité principale 16 entre les trous 23 en contact direct avec la face 10a de la plaquette 10.Electrical contacts 30 are thus obtained in the secondary cavity 17, electrical contacts 31 in the main cavity 16 between the holes 23 in direct contact with the face 10a of the wafer 10.

On retire ensuite lors de la dernière étape (fig. 23) les parties restantes 12a et 14a des couches de protection 12 et 14 en face arrière et les parties restantes des couches de protection 11 et 13 en face avant de la plaquette 10.The remaining parts 12a and 14a of the protective layers 12 and 14 on the rear face and the remaining parts of the protective layers 11 and 13 on the front face of the wafer 10 are then removed in the last step (FIG.

On procède sur les deux faces de la plaquette 10 à une gravure sélective du nitrure de silicium 14 par attaque ionique réactive en présence d'hexafluorure de soufre et de la couche d'oxyde par gravure humide dans une solution HF/NH4F 1:7.Both sides of the wafer 10 are etched selectively with silicon nitride 14 by reactive ion etching in the presence of sulfur hexafluoride and the oxide layer by wet etching in 1: 7 HF / NH 4 F solution.

Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit et où l'on a déposé la couche 6 de "PYREX" lors de la formation de la membrane, on procède alors à la fabrication du transducteur ultrasonore 38 (fig.24) en nettoyant préalablement de manière classique les deux faces avant respectives de la membrane et de l'électrode fixe, en alignant ladite membrane et ladite électrode fixe, c'est à dire en positionnant la membrane 4a en vis-à-vis de l'électrode fixe 15 et en les mettant en contact l'une avec l'autre de manière à ce qu'elles forment entre elles un espace interne 40 de faible épaisseur.In the embodiment which has just been described and where the layer 6 of "PYREX" has been deposited during the formation of the membrane, the ultrasonic transducer 38 is then manufactured (FIG. previously conventionally the two respective front faces of the membrane and the fixed electrode, by aligning said membrane and said fixed electrode, ie by positioning the membrane 4a vis-à-vis the fixed electrode 15 and putting them in contact with each other so that they form between them an internal space 40 of small thickness.

On effectue ensuite un scellement anodique de la membrane et de l'électrode fixe de la manière décrite dans l'article "Silicon-to-silicon anodic bon ding with a borosilicate glass layer", Anders Hanneborg,
Martin Nese and Per Ohlckers, J. Micromech. Microeng.1 (1991) 139144".
Anodic sealing of the membrane and the fixed electrode is then carried out as described in the article "Silicon-to-silicon anodic with a borosilicate glass layer", Anders Hanneborg,
Martin Nese and Per Ohlckers, J. Micromech. Microeng.1 (1991) 139144.

L'espace interne, après scellement, a une épaisseur comprise entre 1 et 5 lim et par exemple égale à 3 clam. The internal space, after sealing, has a thickness of between 1 and 5 μm and for example equal to 3 μm.

Le fait d'obtenir avec précision un espace interne de faible épaisseur permet d'obtenir un bon rendement en terme de conversion d'énergie électrique en énergie mécanique et inversement.The fact of precisely obtaining an internal space of small thickness makes it possible to obtain a good efficiency in terms of conversion of electrical energy into mechanical energy and vice versa.

Avantageusement, en raison de cette faible épaisseur et de la faible épaisseur de membrane, on obtient un transducteur ultrasonore qui possède un très bon rendement et qui consomme donc relativement peu d'énergie électrique.Advantageously, because of this small thickness and the small membrane thickness, an ultrasonic transducer is obtained which has a very good efficiency and therefore consumes relatively little electrical energy.

Comme cela a été déjà mentionné, il est également possible d'assembler la membrane et l'électrode fixe au moyen d'un autre agent de scellement tel qu'un polyimide qui est alors déposé par exemple manuellement sur la membrane ou l'électrode fixe.As already mentioned, it is also possible to assemble the membrane and the fixed electrode by means of another sealing agent such as a polyimide which is then deposited for example manually on the membrane or the fixed electrode. .

La membrane et l'électrode fixe sont ensuite alignées comme décrit cidessus et solidarisées par chauffage à une température de 300"C. The membrane and the fixed electrode are then aligned as described above and secured by heating at a temperature of 300 ° C.

La figure 25 représente une courbe de réponse en fréquence d'un transducteur ultrasonore selon l'invention révélant un pic de résonance parfaitement défini à une valeur de fréquence de 100 kHz.FIG. 25 represents a frequency response curve of an ultrasonic transducer according to the invention revealing a perfectly defined resonance peak at a frequency value of 100 kHz.

Cette courbe est obtenue typiquement pour un transducteur ultrasonore ayant une membrane d'épaisseur égale à 0,3 m de largeur égale à îmm, dont la contrainte mécanique intrinsèque (après recuit) est de 200
MPa et qui possède un espace interne de 3,um d'épaisseur.
This curve is typically obtained for an ultrasonic transducer having a membrane of thickness equal to 0.3 m of width equal to 1 mm, the intrinsic mechanical stress (after annealing) is 200
MPa and which has an internal space of 3 μm thick.

II convient de remarquer que le procédé selon l'invention permet non seulement d'ajuster la fréquence de résonance du transducteur ultrasonore mais également d'ajuster la largeur de bande dudit transducteur en fonction de l'application envisagée.  It should be noted that the method according to the invention makes it possible not only to adjust the resonance frequency of the ultrasonic transducer but also to adjust the bandwidth of said transducer according to the intended application.

Claims (37)

REVENDICATIONS 1. Transducteur ultrasonore (38), caractérisé en ce qu'il comprendUltrasonic transducer (38), characterized in that it comprises - une membrane (4a) en nitrure de silicium d'épaisseur comprise a membrane (4a) made of silicon nitride of thickness entre 0,1 et 0,5um avec une contrainte mécanique intrinsèque between 0.1 and 0.5um with intrinsic mechanical stress comprise entre 100 MPa et 1,3 GPa, between 100 MPa and 1.3 GPa, - une électrode fixe (15) réalisée en matériau rigide non métallique a fixed electrode (15) made of non-metallic rigid material et munie d'une pluralité d'orifices (25) de faible diamètre moyen, and provided with a plurality of orifices (25) of small average diameter, ladite électrode fixe définissant avec ladite membrane un espace said fixed electrode defining with said membrane a space interne d'épaisseur comprise entre 1 et 5 Am.  internal thickness between 1 and 5 Am. 2. Transducteur ultrasonore selon la revendication 1, caractérisé enUltrasonic transducer according to claim 1, characterized in that ce que la membrane (4a) en nitrure de silicium a une épaisseur de the silicon nitride membrane (4a) has a thickness of préférence comprise entre 0,3 et 0,5 lim.  preferably between 0.3 and 0.5 lim. 3. Transducteur ultrasonore selon la revendication 1 ou 2, caractériséUltrasonic transducer according to claim 1 or 2, characterized en ce que la contrainte mécanique intrinsèque de la membrane en in that the intrinsic mechanical stress of the membrane in nitrure de silicium est de préférence comprise entre 100 et 600MPa.  silicon nitride is preferably between 100 and 600 MPa. 4. Transducteur ultrasonore selon l'une des revendications 1 à 3,Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 3, caractérisé en ce que l'électrode fixe est réalisée en matériau characterized in that the fixed electrode is made of material semiconducteur. semiconductor. 5. Transducteur ultrasonore selon l'une des revendications 1 à 3,Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 3, caractérisé en ce que l'électrode fixe (15) est réalisée en matériau characterized in that the fixed electrode (15) is made of material céramique. ceramic. 6. Transducteur ultrasonore selon l'une des revendications 1 à 6,Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 6, caractérisé en ce que l'électrode fixe (15) à une épaisseur characterized in that the fixed electrode (15) has a thickness supérieure à 20 lim.  greater than 20 lim. 7. Transducteur ultrasonore selon l'une des revendications 1 à 6,Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 6, caractérisé en ce que les orifices (25) de l'électrode fixe (15) ont un characterized in that the orifices (25) of the fixed electrode (15) have a diamètre moyen compris entre 25 et 100 um.  average diameter between 25 and 100 μm. 8. Procédé de réalisation d'une membrane utilisée dans la fabrication8. Process for producing a membrane used in the manufacture d'un transducteur ultrasonore (38), caractérisé en ce qu'il consiste an ultrasonic transducer (38), characterized in that it consists of à effectuer les étapes suivantes: to perform the following steps: - on forme une couche d'isolant électrique (2, 3) sur deux faces a layer of electrical insulation (2, 3) is formed on two sides opposées dites avant (la) et arrière (lob) d'un substrat (1) en opposing so-called front (la) and rear (lob) of a substrate (1) in matériau semiconducteur, semiconductor material, - on dépose une couche de nitrure de silicium (4, 5) sur chacune a layer of silicon nitride (4, 5) is deposited on each des deux couches d'isolant (2, 3), two layers of insulation (2, 3), - on implante ioniquement dans la couche de nitrure de silicium - Is implanted ionically in the silicon nitride layer située en face avant (4) dudit substrat un matériau adapté en vue located on the front face (4) of said substrate a suitable material for de diminuer la contrainte mécanique intrinsèque de ladite couche to reduce the intrinsic mechanical stress of said layer de nitrure de silicium, silicon nitride, - en vue de former une membrane (4a) en nitrure de silicium, on in order to form a silicon nitride membrane (4a), réalise les étapes a) à c) suivantes:: perform the following steps a) to c) :: - a) on grave sélectivement les couches de nitrure de silicium (5) et a) the layers of silicon nitride (5) are selectively etched d'isolant (3) situées en face arrière du substrat, of insulation (3) located on the rear face of the substrate, - b) on grave de façon anisotrope ledit substrat (1) à partir de sa b) anisotropically etching said substrate (1) from its face arrière (1 b), back side (1b), - c) et l'on grave sélectivement la couche d'isolant (2) située en c) and selectively etching the insulating layer (2) located in face avant du substrat front face of the substrate - et l'on réalise au moins un contact électrique (7) sur ladite and at least one electrical contact (7) is made on said membrane en face arrière du substrat. membrane on the back of the substrate. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on forme9. Method according to claim 8, characterized in that one forms la couche d'isolant électrique (2, 3) par oxydation thermique des the layer of electrical insulation (2, 3) by thermal oxidation of deux faces du substrat (1). two faces of the substrate (1). 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce queMethod according to claim 8 or 9, characterized in that chaque couche d'isolant (2, 3) a une épaisseur supérieure à 111m.  each layer of insulation (2, 3) has a thickness greater than 111m. 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque11. The method of claim 8, characterized in that each couche de nitrure de silicium (4, 5) a une épaisseur comprise entre silicon nitride layer (4, 5) has a thickness of between 0,1 et 0,5 jlm.  0.1 and 0.5 μm. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaqueMethod according to claim 11, characterized in that each couche de nitrure de silicium (4, 5) a une épaisseur de préférence silicon nitride layer (4, 5) has a thickness preferably comprise entre 0,3 et 0,5 m.  between 0.3 and 0.5 m. 13. Procédé selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce13. Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that que le matériau adapté appartient aux colonnes III à V de la that the suitable material belongs to columns III to V of the classification périodique des éléments et est, par exemple, le Bore. periodic classification of the elements and is, for example, the Boron. 14. Procédé selon les revendication 8 et 13, caractérisé en ce que14. Process according to claims 8 and 13, characterized in that l'implantation ionique est effectuée avec une dose d'ions comprise the ion implantation is performed with a dose of ions included entre 5.1 o13 et 5.î015ionsicm2.  between 5.1 o13 and 5.1015ionsicm2. 15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que15. Method according to claim 13 or 14, characterized in that l'implantation ionique est effectuée avec une énergie d'accélération ion implantation is performed with acceleration energy des ions comprise entre 35 et 150 keV. ions between 35 and 150 keV. 16. Procédé selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce16. Method according to one of claims 8 to 15, characterized in that que l'on effectue un recuit du substrat (1) consécutivement à that annealing of the substrate (1) is carried out consecutively to l'implantation ionique en vue d'ajuster la contrainte intrinsèque de la ion implantation to adjust the intrinsic stress of the couche de nitrure de silicium (4) à une valeur prédéterminée silicon nitride layer (4) at a predetermined value désirée comprise entre 100 MPa et 1,3 GPa et de préférence desired between 100 MPa and 1.3 GPa and preferably comprise entre 100 et 600 MPa. between 100 and 600 MPa. 17. Procédé selon la revendications 16, caractérisé en ce que le recuit17. Process according to claim 16, characterized in that the annealing est effectué à une température comprise entre 500 et 8000C is carried out at a temperature between 500 and 8000C pendant une durée allant de 15 mn à plusieurs heures. for a period ranging from 15 minutes to several hours. 18. Procédé selon l'une des revendications 8 à 17, caractérisé en ce18. Method according to one of claims 8 to 17, characterized in that que la réalisation du contact électrique (7) est obtenue par that the realization of the electrical contact (7) is obtained by métallisation de la face arrière (lob) du substrat. metallization of the rear face (lob) of the substrate. 19. Procédé selon l'une des revendications 8 à 17, caractérisé en ce19. Method according to one of claims 8 to 17, characterized in that que préalablement au dépôt de la couche de nitrure de silicium (4) than prior to the deposition of the silicon nitride layer (4) sur la face avant (la) du substrat revêtue d'une couche d'isolant (2)  on the front face (la) of the substrate coated with an insulation layer (2) on grave ladite couche d'isolant sur toute son épaisseur de manière said insulation layer is etched all the way through à laisser une couche d'isolant périphérique (2a). leaving a layer of peripheral insulation (2a). 20. Procédé selon les revendications 8 et 19, caractérisé en ce que l'on 20. Process according to claims 8 and 19, characterized in that one structure la couche de nitrure de silicium (4) implantée ioniquement structure the ionically implanted silicon nitride layer (4) de manière à laisser dégagée la couche d'isolant périphérique (2a). so as to leave clear the layer of peripheral insulation (2a). 21. Procédé selon l'une des revendications 8 à 20, caractérisé en ce21. Method according to one of claims 8 to 20, characterized in that que préalablement à la réalisation d'un contact électrique (7) sur la than prior to making an electrical contact (7) on the face arrière (1 b) du substrat et après gravure anisotropique de la rear face (1b) of the substrate and after anisotropic etching of the majeure partie du substrat, on enlève par gravure sélective les most of the substrate, selective etching is removed. couches de nitrure de silicium (5) et d'isolant (3) qui'restent sur layers of silicon nitride (5) and insulation (3) which remain on ladite face arrière. said rear face. 22. Procédé de réalisation d'une électrode fixe utilisée dans la22. A method of producing a fixed electrode used in the fabrication d'un transducteur ultrasonore (38), caractérisé en ce manufacturing an ultrasonic transducer (38), characterized in that qu'il consiste à effectuer les étapes suivantes à partir d'un substrat that it consists of performing the following steps from a substrate (10) en matériau semiconducteur ayant deux faces opposées dites (10) semiconductor material having two opposite faces said avant (10a) et arrière (10b)::  front (10a) and rear (10b) :: - on forme au moins une couche de protection sur la face arrière at least one protective layer is formed on the rear face (10b) dudit substrat (10) (10b) of said substrate (10) - on forme l'électrode fixe (15), d'une part, en gravant sélectivement the fixed electrode (15) is formed, on the one hand, by selectively etching ladite couche de protection située en face arrière du substrat (10) said protective layer located on the rear face of the substrate (10) et, d'autre part, en gravant de façon anisotrope ledit substrat (10) à and, on the other hand, by anisotropically etching said substrate (10) to partir de sa face arrière, après avoir préalablement protégé la face from its back, after having previously protected the face avant (10a) vis à vis de la gravure anisotrope, before (10a) with respect to anisotropic etching, - on grave dans ledit substrat une cavité principale (16) située en - a main cavity (16) located in regard de ladite électrode fixe (15) et au moins une cavité view of said fixed electrode (15) and at least one cavity secondaire destinée aux contacts électriques, secondary for electrical contacts, - on forme au moins une couche d'isolant électrique (20) dans la at least one layer of electrical insulator (20) is formed in the cavité principale et dans au moins une cavité secondaire, main cavity and in at least one secondary cavity, - on forme une couche de protection métallique (24) en face avant a metal protective layer (24) is formed on the front face (10a) du substrat (10), (10a) of the substrate (10), - on grave sélectivement au droit de ladite cavité principale lesdites - selectively gravitates to the right of said main cavity said couches de protection métallique (24), d'isolant et l'électrode fixe  metal protection layers (24), insulation and fixed electrode (15) de manière à former une pluralité d'orifices (25) dans ladite (15) so as to form a plurality of orifices (25) in said électrode fixe. fixed electrode. 23. Procédé selon la revendication 22 caractérisé en ce que la couche23. The method of claim 22 characterized in that the layer de protection est constituée d'un isolant électrique résistant aux protection consists of an electrical insulator resistant to agents de gravure. engraving agents. 24. Procédé selon la revendication 22 ou 23 caractérisé en ce que la24. The method of claim 22 or 23 characterized in that the couche de protection est constituée de nitrure de silicium. protective layer is made of silicon nitride. 25. Procédé selon les revendications 22 et 24, caractérisé en ce que25. Process according to claims 22 and 24, characterized in that l'on implante ioniquement dans la couche de protection en nitrure implanted ionically in the nitride protective layer de silicium un matériau appartenant aux colonnes III à V de la of silicon a material belonging to columns III to V of the classification périodique des éléments en vue de diminuer la periodic classification of the elements in order to reduce the contrainte mécanique intrinsèque de ladite couche de nitrure de intrinsic mechanical stress of said nitride layer silicium. silicon. 26. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'on forme26. Process according to claim 22, characterized in that one forms deux couches de protection (12, 14) sur la face arrière du substrat two protective layers (12, 14) on the back side of the substrate (10), une première couche (12) d'un isolant électrique en contact (10), a first layer (12) of an electrical insulator in contact avec ledit substrat et une seconde couche de nitrure de silicium (14). with said substrate and a second silicon nitride layer (14). 27. Procédé selon l'une des revendications 22 à 26, caractérisé en ce27. Method according to one of claims 22 to 26, characterized in that que l'on protège la face avant (10a) du substrat (10) vis à vis de la that the front face (10a) of the substrate (10) is protected from the gravure anisotrope en formant au moins une couche de protection anisotropic etching by forming at least one protective layer sur ladite face avant. on said front face. 28. Procédé selon l'une des revendications 22 à 27, caractérisé en ce28. Method according to one of claims 22 to 27, characterized in that que la cavité principale (16) a une profondeur comprise entre 1,5 et that the main cavity (16) has a depth of between 1.5 and 2,5 tjm.  2.5 tm. 29. Procédé selon l'une des revendications 22 à 28, l'on grave dans le29. Method according to one of claims 22 to 28, is engraved in the substrat (10) au moins deux cavités secondaires (17, 18), l'une  substrate (10) at least two secondary cavities (17, 18), one destinée à des contacts électriques (31) de l'électrode fixe (15) et  intended for electrical contacts (31) of the fixed electrode (15) and L'autre (18) prévue pour réaliser un contact électrique (32) avec le The other (18) provided for making an electrical contact (32) with the substrat (10). substrate (10). 30. Procédé selon l'une des revendications 22 à 29, caractérisé en ce30. Method according to one of claims 22 to 29, characterized in that que l'on forme la couche d'isolant électrique (20) dans la cavité that the layer of electrical insulation (20) is formed in the cavity principale et dans au moins une cavité secondaire par dépôt d'une in at least one secondary cavity by depositing a couche d'isolant électrique puis par gravure de ladite couche. layer of electrical insulation and then etching said layer. 31. Procédé selon les revendications 29 et 30, caractérisé en ce que l'on 31. Process according to claims 29 and 30, characterized in that one grave la couche d'isolant électrique (22) dans la cavité secondaire etches the layer of electrical insulation (22) into the secondary cavity (18) prévue pour établir un contact électrique (32) avec le substrat (18) for establishing an electrical contact (32) with the substrate (10). (10). 32. Procédé selon l'une des revendications 22 à 31, caractérisé en ce32. Method according to one of claims 22 to 31, characterized in that que l'on grave la couche de protection métallique (24) de manière à that the metal protective layer (24) is etched so as to former des contacts électriques (30, 31, 32) en vis-à-vis des cavités forming electrical contacts (30, 31, 32) opposite the cavities principale (16) et secondaires (17, 18). principal (16) and secondary (17, 18). 33. Procédé de fabrication d'un transducteur ultrasonore (38) à partir33. A method of manufacturing an ultrasonic transducer (38) from de la membrane (4a) et de l'électrode fixe (15) respectivement of the membrane (4a) and the fixed electrode (15) respectively réalisées selon l'une des revendications 8 à 21 et selon l'une des made according to one of claims 8 to 21 and according to one of revendications 22 à 32, suivant lequel on dépose un agent de 22 to 32, according to which an agent of scellement sur une partie périphérique de la face avant de ladite sealing on a peripheral portion of the front face of said membrane ou de ladite électrode fixe, on positionne la membrane membrane or of said fixed electrode, the membrane is positioned en vis-à-vis de l'électrode fixe et on les assemble de manière à ce towards the fixed electrode and assemble them so that they qu'elles forment entre elles un espace interne (40) de faible that they form between them an internal space (40) of weak épaisseur. thickness. 34. Procédé selon la revendication 33, caractérisé en ce que l'espace34. The method of claim 33, characterized in that the space interne (40) ainsi formé a une épaisseur comprise entre 1 et 5 clam.  internal (40) thus formed has a thickness of between 1 and 5 clam. 35. Procédé selon la revendication 33 ou 34, caractérisé en ce que35. Process according to claim 33 or 34, characterized in that l'agent de scellement est une colle.  the sealant is a glue. 36. Procédé selon la revendication 33 ou 34, caractérisé en ce que36. The method of claim 33 or 34, characterized in that l'agent de scellement est du "PYREX". the sealant is "PYREX". 37. Procédé selon les revendications 26 et 36, caractérisé en ce que37. Process according to claims 26 and 36, characterized in that préalablement au dépôt de l'agent de scellement, on retire des prior to the deposit of the sealant, faces avant et arrière de l'électrode fixe (15) les parties restantes front and rear faces of the fixed electrode (15) the remaining parts des couches servant de protection, on retire de la face avant de la layers used as protection, we remove from the front face of the membrane (4a) I'éventuelle couche de protection et l'on forme une membrane (4a) the possible protective layer and form a autre couche de protection sur les zones non gravées de ladite other protective layer on the unetched areas of the said face avant de l'électrode fixe.  front face of the fixed electrode.
FR9407488A 1994-06-17 1994-06-17 Ultrasonic transducer and method of manufacturing such a transducer. Expired - Fee Related FR2721471B1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9407488A FR2721471B1 (en) 1994-06-17 1994-06-17 Ultrasonic transducer and method of manufacturing such a transducer.
PCT/FR1995/000753 WO1995035642A1 (en) 1994-06-17 1995-06-08 Ultrasonic transducer and method for making same
EP95922584A EP0765590A1 (en) 1994-06-17 1995-06-08 Ultrasonic transducer and method for making same
AU27427/95A AU2742795A (en) 1994-06-17 1995-06-08 Ultrasonic transducer and method for making same
TW084106939A TW289849B (en) 1994-06-17 1995-07-05

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9407488A FR2721471B1 (en) 1994-06-17 1994-06-17 Ultrasonic transducer and method of manufacturing such a transducer.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2721471A1 true FR2721471A1 (en) 1995-12-22
FR2721471B1 FR2721471B1 (en) 1996-08-02

Family

ID=9464371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9407488A Expired - Fee Related FR2721471B1 (en) 1994-06-17 1994-06-17 Ultrasonic transducer and method of manufacturing such a transducer.

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0765590A1 (en)
AU (1) AU2742795A (en)
FR (1) FR2721471B1 (en)
WO (1) WO1995035642A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001023105A1 (en) * 1999-09-30 2001-04-05 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University An array of capacitive micromachined ultrasonic transducer elements with through wafer via connections
WO2006092820A2 (en) * 2005-03-04 2006-09-08 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Surface micromechanical process for manufacturing micromachined capacitive ultra- acoustic transducers

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0561566A2 (en) * 1992-03-18 1993-09-22 Knowles Electronics, Inc. Solid state condenser and microphone

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0561566A2 (en) * 1992-03-18 1993-09-22 Knowles Electronics, Inc. Solid state condenser and microphone

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HANNEBORG A ET AL: "Silicon-to-silicon anodic bonding with a borosilicate glass layer", JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, SEPT. 1991, UK, VOL. 1, NR. 3, PAGE(S) 139 - 144, ISSN 0960-1317 *
KUHNEL W ET AL: "A silicon condenser microphone with structured back plate and silicon nitride membrane", SENSORS AND ACTUATORS A (PHYSICAL), FEB. 1992, SWITZERLAND, VOL. A30, NR. 3, PAGE(S) 251 - 258, ISSN 0924-4247 *
KUHNEL W ET AL: "Micromachined subminiature condenser microphones in silicon", EUROSENSORS V CONFERENCE, ROME, ITALY, 30 SEPT.-2 OCT. 1991, ISSN 0924-4247, SENSORS AND ACTUATORS A (PHYSICAL), APRIL 1992, SWITZERLAND, PAGE(S) 560 - 564 *
SCHEEPER P R ET AL: "A review of silicon microphones", SENSORS AND ACTUATORS A (PHYSICAL), JULY 1994, SWITZERLAND, VOL. A44, NR. 1, PAGE(S) 1 - 11, ISSN 0924-4247 *
SCHEEPER P R ET AL: "A silicon condenser microphone with a silicon nitride diaphragm and backplate", JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, SEPT. 1992, UK, VOL. 2, NR. 3, PAGE(S) 187 - 189, ISSN 0960-1317 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001023105A1 (en) * 1999-09-30 2001-04-05 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University An array of capacitive micromachined ultrasonic transducer elements with through wafer via connections
US6430109B1 (en) 1999-09-30 2002-08-06 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Array of capacitive micromachined ultrasonic transducer elements with through wafer via connections
WO2006092820A2 (en) * 2005-03-04 2006-09-08 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Surface micromechanical process for manufacturing micromachined capacitive ultra- acoustic transducers
WO2006092820A3 (en) * 2005-03-04 2006-11-02 Consiglio Nazionale Ricerche Surface micromechanical process for manufacturing micromachined capacitive ultra- acoustic transducers
US7790490B2 (en) 2005-03-04 2010-09-07 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Surface micromechanical process for manufacturing micromachined capacitive ultra-acoustic transducers and relevant micromachined capacitive ultra-acoustic transducer
CN101262958B (en) * 2005-03-04 2011-06-08 国家研究院 Surface micromechanical process for manufacturing micromachined capacitive ultra-acoustic transducers

Also Published As

Publication number Publication date
WO1995035642A1 (en) 1995-12-28
EP0765590A1 (en) 1997-04-02
AU2742795A (en) 1996-01-15
FR2721471B1 (en) 1996-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0596456B1 (en) Method of manufacturing an integrated capacitive transductor
EP2591515B1 (en) Method for implanting a piezoelectric material
EP2599746B1 (en) Process for forming a structure having at least a multi-thickness active part
EP2731908B1 (en) Miniaturised sensor comprising a heating element, and associated production method
FR2824636A1 (en) Microelectronic pressure sensors for use at high pressure, e.g. for sub-marine and oil industry applications are manufactured from crystalline silicon so that they operate at high pressure with a high degree of accuracy
EP0753671B1 (en) Method of manufacturing elements of floating, rigid microstructures and apparatus equipped with such elements
EP3900064B1 (en) Method for transferring a surface layer to cavities
EP3766094B1 (en) Method for producing a thin film consisting of an alkaline-based ferroelectric material
FR2951581A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A MULTILAYER FILM COMPRISING AT LEAST ONE ULTRA-THIN LAYER OF CRYSTALLINE SILICON AND DEVICES OBTAINED THEREBY
FR2721471A1 (en) Ultrasonic transducer and method of manufacturing such a transducer
EP3898503A1 (en) Method for manufacturing a device comprising a membrane extending over a cavity
WO2017017000A1 (en) Spiral spring and method for producing the spiral spring
EP4228994A1 (en) Membrane transfer method
CN112073025A (en) Self-supporting air gap type bulk acoustic wave resonator based on porous silicon and preparation method thereof
WO2000033045A1 (en) Micromachined structure with deformable membrane and method for making same
FR3073083A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A FILM ON A FLEXIBLE SHEET
EP4128330A1 (en) Method for producing a stacked structure
FR3115399A1 (en) COMPOSITE STRUCTURE FOR MEMS APPLICATIONS, COMPRISING A DEFORMABLE LAYER AND A PIEZOELECTRIC LAYER, AND ASSOCIATED FABRICATION METHOD
FR2822817A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A MICRO-MACHINED MEMBRANE STRUCTURE
EP2888765A2 (en) Method for producing the electrical contacts of a semiconductor device
FR2935842A1 (en) Textured zone forming method for solar cell substrate, involves forming mask in film by applying pressure using mold, and etching mask and substrate till mask is entirely removed, where mask has patterns complementary to that of substrate
FR3087007A1 (en) PYROELECTRIC SENSING DEVICE WITH RIGID MEMBRANE
FR3039317A1 (en) METHOD FOR ETCHING HARD MATERIALS
EP1736434A2 (en) Verfahren zur Herstellung von schwebenden submikrometrischen Bauelemente und mechanische Charakterisierung der Bauelemente

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse