FR2882996A1 - Composant micromecanique et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

Composant micromécanique dans un substrat (1) conducteur au moins par zones ; une membrane conductrice au moins par zones (M) bombée et électriquement isolée par rapport au substrat (1) sur la face avant (V) du substrat (1), présente une zone intérieure (I, I') et une zone marginale (RB, RB'), avec une cavité (H) entre le substrat (1) et la membrane (M). La zone intérieure (I, I') a une section modifiée par rapport à la zone marginale (RB, RB') pour diminuer le fléchissement de la zone intérieure (I, I') par comparaison à une section identique. L'invention crée également un procédé de fabrication de ce composant.

Description

Domaine de l'invention

La présente invention concerne un composant micromécanique ainsi que son procédé de fabrication.

Etat de la technique Bien qu'en principe on puisse utiliser un grand nombre de composants micromécaniques, la présente invention et le problème qu'elle résout seront décrits ci-après à l'aide de capteurs de pression capacitifs.

Le point de départ du problème de base est celui d'un capteur de pression capacitif, par exemple d'un capteur de pression relative dont la capacité d'une membrane supérieure par rapport à une contreplaque constituée par le substrat ou d'une autre manière, par exemple sous la forme d'une électrode inférieure en polysilicium est exploitée comme paire d'électrode. Le débattement du milieu d'une mem- brane encastrée de tous côtés dépend, comme cela est connu, d'une fonction très largement proportionnelle de la pression appliquée ou de la différence de pression. La capacité du condensateur formée par la membrane et la contre-électrode dépend réciproquement de l'intervalle des plaques de sorte que l'on a principalement une relation proportion- nelle inverse entre la pression ou différence de pression appliquée et la capacité de mesure. Si l'on exploite comme grandeur de mesure la capacité réciproque, on obtient un signal proportionnel à la pression appliquée.

Comme dans de tels capteurs de pression, le débattement du milieu de la membrane dépend proportionnellement de la pression, dans ces variantes, on a en première approximation, une fonction pratiquement linéaire pour l'exploitation de la capacité réciproque. Une telle exploitation s'obtient par exemple dans le cas d'une conversion capacité-fréquence (convertisseur C/f) dont la fréquence de sortie d'un os-cillateur électronique approprié coopère avec l'élément de mesure comme composant définissant la fréquence dans la boucle de réaction d'une façon connue en soi, proportionnelle à la réciproque de la capa-cité. D'autres principes de circuit également connus tels que par exemple le principe du condensateur commuté ou des principes de fonctionnement discrets dans le temps peuvent exploiter la tension engendrée par le transfert d'une quantité de charge, fixe à la cellule de mesure et réaliser la proportionnalité souhaitée. Une seconde possibilité de continuité dans le temps consiste à appliquer un courant alternatif constant à la capacité de mesure et de déterminer la tension alternative qui en résulte. En pratique, de nombreux schémas de circuit, connus en soi sont en mesure de générer une tension de sortie sensiblement proportionnelle à la pression à l'aide des éléments de capteurs connus.

La capacité de mesure ou la variation de la capacité de mesure dans ces dispositifs n'est toutefois pas constituée uniquement par le seul centre de la membrane mais par toute l'extension de celle-ci lorsqu'elle est en regard de la contreplaque inférieure. Pour disposer d'une capacité de mesure suffisante, on limite cette contreplaque non seulement à un environnement étroit autour du centre de la membrane, mais on prévoit une certaine surface qui génère le signal de mesure.

Plus cette surface est choisie grande et plus grande sera la capacité de base et la variation de capacité du dispositif de mesure s'étendra d'autant plus de même que la zone de la membrane qui participe à la formation du signal de mesure.

Comme la membrane répond globalement lors de l'application d'une pression, par une courbe de fléchissement cintrée, en coupe, ainsi plus en plus de zones cintrées de la membrane au-delà du centre ou de la zone centrale participeront à la formation du signal de mesure ce qui se traduit par un défaut de linéarité ; cela signifie que le comportement de la capacité réciproque ne sera plus proportionnel à la pression. Ces défauts de linéarité augmentent si on utilise plus de surfaces de membrane au-delà du centre de la membrane pour générer le signal de mesure; inversement, cette non linéarité diminue si moins de surfaces de membrane au-delà du centre de la membrane ne participent à la formation du signal de mesure. Du point de vue d'un éventuel comportement non linéaire possible du capteur, il faudrait chercher une exploitation qui grâce à une contre- électrode strictement limitée en surface permettait de limiter ainsi l'exploitation directement de la zone du centre de la membrane. Cette condition s'oppose à l'exigence d'une capacité de mesure suffisante pour le traitement électronique du signal nécessitant des surfaces de condensateurs importantes de sorte qu'une solution réalisable selon les conditions antérieures constitue toujours un compromis entre une capacité de mesure suffisante c'est-à-dire l'exploitation d'une surface de membrane suffisamment grande autour du centre de la membrane et d'une non linéarité encore tolérable ou du moins encore compensable associée nécessairement à cela. La correction du défaut de linéarité constitue un procédé compliqué car dans ce procédé, il faut enregistrer un jeu de données de correction associé à chaque élément de capteur pour permettre de réaliser à posteriori une linéarisation numérique des données fournies par le capteur. Le corn-portement non linéaire constitue jusqu'à présent l'inconvénient principal des capteurs de pression relative, capacitifs.

Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un composant micromécanique ca- ractérisé en ce que le composant micromécanique comprend: - un substrat conducteur au moins par zones, - une membrane élastiquement déformable conductrice au moins par zones, bombée et isolée électriquement du substrat sur la face avant du substrat, la membrane ayant une zone intérieure et une zone marginale avec une cavité entre le substrat et la membrane, - la zone intérieure ayant par rapport à la zone marginale une section modifiée pour diminuer le fléchissement de la zone intérieure par comparaison à une section identique.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel composant. Ce procédé comprend les étapes suivantes: - on fournit un substrat conducteur au moins par zones, - on établit une membrane déformable élastiquement, conductrice au moins par zones, bombée et électriquement isolée du substrat par la face avant du substrat, - la membrane ayant une zone intérieure et une zone marginale, et - on réalise une cavité entre le substrat et la membrane, la membrane étant conçue pour que la zone intérieure présente par rapport à la zone marginale une section modifiée pour diminuer le fléchissement de la zone intérieure par comparaison à une section identi- que.

Le composant micromécanique et son procédé de fabrication selon l'invention ont ainsi l'avantage d'un procédé simple et garanti de fabrication d'un tel composant en particulier de capteurs de pression, capacitifs, particulièrement économiques.

L'invention permet notamment de réaliser un capteur de pression relative, capacitif ayant une linéarité améliorée de manière significative grâce à son procédé de fabrication selon l'invention.

L'idée de base de la présente invention consiste à moduler la section ou l'épaisseur de la couche de la membrane par zones ou de prévoir une structure complexe de la membrane comportant des parties qui participent moins ou même pas du tout à un fléchissement.

On évite dans une très large mesure les étapes critiques d'un procédé et des étapes exceptionnelles telles que par exemple le collage de plaquettes sur des plaquettes de support entre autres. La base du procédé est une gravure de tranchée à partir du côté arrière de la plaquette, combiné à une gravure de la couche sacrificielle, suivante sous la future membrane ayant une sélectivité extrêmement poussée. Grâce à cette sélectivité très poussée et sans autre mesure de protection du silicium environnant, on applique la gravure de la couche sacrifi- cielle sans attaquer les structures existantes en silicium ce qui simplifie d'autant plus d'une manière significative l'ensemble du procédé.

Le procédé selon l'invention est compatible sans aucune restriction à des procédés de fabrication de circuits intégrés ce qui per-met d'intégrer un circuit d'exploitation électrique de conversion de si-gnal et de préparation de signal au côté supérieur de la plaquette là où cette partie apparaît comme intéressante du fait de l'application prévue.

Tous les procédés de microstructuration utilisés à l'exception de la gravure à la vapeur HF sont en principe totalement compatibles vis-à-vis de circuits intégrés existant également sur la pla- quette. Comme la gravure à la vapeur HF, en option se fait à partir du dos de la plaquette, elle n'atteint pas les structures sensibles de la face avant de la plaquette si des moyens de procédé sont prévus pour séparer les milieux concernant le dos et la face avant de la plaquette, par exemple par une mise en place appropriée de la plaquette dans l'emplacement de traitement à la vapeur HF, en l'équipant de joint tori- que, du côté supérieur de la plaquette et/ou de son côté arrière. Des solutions techniques garantissant une telle séparation des fluides sont connues en principe ou sont fréquentes dans le cas des techniques de gravure à la vapeur HF et des appareils de gravure correspondants.

Lorsqu'on effectue une gravure à la vapeur HF par la face avant à savoir pour des variantes de capteur à pression absolue avec traitement exclusivement de la face avant de la plaquette, les temps nécessaires au pro-cédé d'application de la vapeur HF pour l'enlèvement des minces couches d'oxyde dans la zone de la membrane sont tellement courts que d'autres oxydes fonctionnels ne peuvent être endommagés par l'action de la vapeur HF ou ne l'être que de manière très légère.

Selon un développement préférentiel, la zone intérieure est épaissie par rapport à la zone périphérique.

Selon un autre développement avantageux, la zone inté- rieure comporte une couche supplémentaire par rapport à la zone de bord.

Selon un autre développement préférentiel, la zone intérieure présente vis-à-vis de la zone de bord une zone descendant suivant une forme de poinçon dans la cavité.

Selon un autre développement préférentiel, la cavité est remplie d'un milieu et un ou plusieurs orifices de perforation traversent le substrat sous la membrane et la ou les perforations créent un accès à la cavité creuse par le côté arrière du substrat de façon que le volume de milieu qui se trouve dans la cavité soit variable en cas de déplace- ment de la membrane.

Concernant le procédé selon l'invention, - la membrane est prédéformée dans une zone de couche sacrificielle prévue sur le substrat par plusieurs couches structurées et ensuite on enlève la zone de couche sacrificielle par un procédé de gravure sélectif vis-à-vis de la membrane, - comme couche sacrificielle on utilise SiGe avec une teneur de Ge de l'ordre de 0,1-0,8 et de préférence de 0,2-0,5.

- le gaz de gravure de la couche sacrificielle est du CfF3, CfF5, XeF2, BrF3, IF3 ou IF5 et de préférence C1F3, - comme arrêt de gravure et de barrière de diffusion entre les couches de SiGe et Si, on applique une couche d'oxyde, ou on la développe par oxydation thermique, - on choisit la teneur en Ge dans la zone de couche sacrificielle suffi- samment faible, pour que la couche d'oxyde développée par voie thermique dans la couche SiGe ne contienne pas ou pratiquement pas de Ge, - la teneur en Ge de la zone de couche sacrificielle est choisie suffisamment élevée pour que la vitesse de croissance d'une couche d'oxyde thermique soit accélérée par rapport à la croissance d'une couche de silicium d'un coefficient égal à 1,5 jusqu'à 10, - la teneur en Ge de la zone de couche sacrificielle se situe entre 0,3 et 0,4 % at, - dans la zone intérieure on réalise une couche supplémentaire par rapport à la zone marginale (RB), - dans la zone intérieure (I') on réalise une zone (KP'), décrochée par rapport à la zone marginale (RB'), suspendue en forme de tampon dans la cavité, - on remplit la cavité (H) d'un milieu; on réalise un ou plusieurs orifi- ces de perforation (15"') traversant le substrat sous la membrane (M), et un ou plusieurs orifices de perforation (15"') créent un accès vers la cavité (H) à partir du côté arrière (R) du substrat de façon qu'un volume de milieu qui se trouve dans la cavité (H) puisse être modifié par débattement de la membrane.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - les figures 1A-L montrent schématiquement des vues en coupe des étapes principale de fabrication d'un composant micromécanique sous la forme d'un capteur de pression capacitif selon un premier mode de réalisation de la présente invention, -les figures 2A-L montrent des vues en section schématique des éta- pes principales de fabrication d'un composant micromécanique sous la forme d'un capteur de pression capacitif correspondant à un second mode de réalisation de la présente invention.

Description de modes de réalisation

Dans les différentes figures, on utilisera les mêmes réfé- rences pour désigner les mêmes composants ou des composants analogues.

Les figures 1A-L sont des vues en coupe schématique des étapes principales de fabrication d'un composant micromécanique sous la forme d'un capteur de pression capacitif selon un premier mode de réalisation de la présente invention.

L'idée de base du premier mode de réalisation consiste à éliminer l'influence des parties de membrane cintrées sur la capacité de mesure et d'éliminer ainsi les défauts de linéarité des éléments de capteur en réduisant ou en supprimant totalement la courbure de l'électrode de membrane dans la zone où se développe la capacité de mesure c'est-à-dire le signal de mesure en liaison avec une contre-électrode inférieure.

Selon un premier mode de réalisation, on rigidifie une partie intérieure de la membrane par un renforcement pour réduire la courbure d'une grande partie de la surface participant à la formation du signal de mesure. Les parties extérieures de la membrane (c'est-à-dire la zone marginale) restent non renforcées en épaisseur de sorte que la courbure reste limitée à l'étroite zone marginale qui ne participe que dans une faible mesure à la capacité globale.

La figure lA montre un substrat de plaquette de silicium 1 ayant un côté supérieur V muni d'une couche d'oxyde de silicium 1 a au-dessus de celleci une couche sacrificielle 5 en SiGe de préférence en Sil_XGex avec x=0, 1-0,8 et notamment x=0,2-0,5.

Selon la figure 1B, on oxyde la couche sacrificielle 5 au cours d'une étape de procédé suivante pour former une couche d'oxyde SiGe 5a pardessus. Cette couche d'oxyde servira ensuite d'arrêt de gravure et aussi de barrière de diffusion pour Ge, pour éviter une diffusion vers l'extérieur des atomes Ge dans la matière de polysilicium adjacente au cours des étapes de traitement à haute température effectuées en- suite; une telle interdiffusion de Ge transformerait le silicium fonction- nel adjacent également en SiGe et détériorait la sélectivité de la gravure suivante de la couche sacrificielle par exemple par C1F3. Dans ce contexte il est particulièrement avantageux que la partie Ge de la couche sacrificielle SiGe soit aussi mince que possible pour n'intégrer que très peu ou pas d'atome Ge comme atome étranger dans la couche d'oxyde ainsi développée de manière thermique et de former un oxyde de silicium plus ou moins pur sur la couche sacrificielle SiGe. Pour cela, on choisit une teneur en Ge par exemple inférieure à 50 % at. Un oxyde de silicium ayant une teneur en Ge, faible, proche de la disparition constitue une barrière de diffusion particulièrement efficace pour Ge.

Selon la figure 1C, on dépose ensuite une couche de polysilicium 20 sur la couche d'oxyde SiGe, 5a. Ensuite, selon la figure ID, on structure la couche de polysilicium 20 par une technique de photolithogravure pour obtenir des îlots.

Ensuite, par une autre étape de photolithogravure, on structure également en forme d'îlots la couche sacrificielle 5 et la couche d'oxyde SiGe 5a au-dessus de celle-ci; l'extension latérale des îlots est supérieure à celle de la couche de polysilicium 20, structurée. Pour structurer les couches 5, 5a, on utilise un photomasque; on peut tou-tefois utiliser également deux étapes de gravure différentes, la première étape de gravure servant à graver de façon traversante, la couche d'oxyde SiGe 5a ou de s'arrêter sur la couche sacrificielle 5 en SiGe; la seconde étape de gravure consiste à traverser par gravure la couche sacrificielle SiGe 5 avec arrêt sur la couche d'oxyde la située en dessous.

Les deux étapes de gravure sont de préférence des étapes de gravure au plasma. On arrive ainsi à l'état final du procédé présenté à la figure 1E.

Ensuite, on trempe la structure selon la figure IF et ainsi on l'oxyde pendant un court instant par exemple pendant une durée de 10 minutent à 1 heure à une température de 900 C jusqu'à 1000 C, pour former une couche d'oxyde 25 sur la couche sacrificielle 5 et la couche de polysilicium 20. La trempe est également intéressante pour avoir des propriétés de couche mécanique c'est-à-dire réduire les contraintes et les gradients de contrainte. La couche d'oxyde 25 se développe sur la couche sacrificielle SiGe 5 plus rapidement que sur le polysilicium sans germanium de la couche de polysilicium 20. Cela pro- vient du fait que la teneur en germanium de SiGe accélère de manière significative la vitesse de croissance de l'oxyde vis-à-vis de celle du silicium sans germanium et cela d'un coefficient compris entre 1,5 et 5. Il faut par exemple ici la fonction de la barrière de diffusion décrite ci- dessus entre la couche sacrificielle SiGe et la membrane de polysilicium qui se trouve au-dessus de celle-ci, pour que pendant la trempe et l'oxydation à haute température, on évite une interdiffusion des atomes Ge quittant SiGe et passant dans le polysilicium. De plus, dans le sens de neutralisation d'interdiffusion ultérieur de Ge il est également avantageux que même dans ce second procédé d'oxydation, il se développe un oxyde de silicium pratiquement sans Ge au cours de cette seconde opération d'oxydation sur la matière de la couche sacrificielle SiGe ce qui s'obtient pour une teneur par exemple < 50 % dans la couche de SiGe.

Ensuite, selon la figure 1G, on réduit par gravure la couche d'oxyde 25 de préférence dans un procédé de gravure au plasma pour l'oxyde qui s'arrête au silicium de la couche 20 ou s'arrête pratiquement. L'avantage d'un tel procédé de gravure au plasma est que la vitesse de gravure dépend moins des détails de l'oxyde; en particulier, il importe peu si du germanium est dissout dans l'oxyde ou non. De manière préférentielle, l'oxyde ne contient pas de jeu ou très peu comme cela a été expliqué ci- dessus. On obtient ainsi une surface sans oxyde pour la couche de polysilicium 20, entourée par une couche d'oxyde 25 légèrement amincie partant du SiGe de la couche sacrificielle 5.

Selon la figure 1H, on revêt la structure d'une autre couche de polysilicium 30 qui est structurée comme l'indique la figure lI; ensuite, on forme une fenêtre 6 dans la couche d'oxyde la pour libérer le côté de la plaquette de silicium 1 tourné vers la face avant.

Selon la figure 1J, on dépose sur la face avant une cou- che légère de métal et on la met en structure de façon qu'elle ne se trouve plus dans la zone de membrane mais dans une couche de polysilicium 20, conductrice, dans la zone 9'a touchant la couche conductrice de polysilicium 20 audelà de la zone de membrane et dans la zone 9'b, le substrat de la plaquette de silicium 1 à travers la fenêtre 6. De plus, on forme sur le dos de la plaquette R, une couche de masquage 12' en photolaque épais par exemple d'une épaisseur de 5 à 10 m ou d'une couche épaisse d'oxyde pour l'opération de découpage suivante.

En référence à la figure 1K, on effectue ensuite un procédé de gravure profonde en une étape pour former les tranchées avec un trou de perforation ou plusieurs trous de perforation 15" allant du dos R de la plaquette jusqu'à sa face avant V. Le procédé de gravure pro-fonde peut être un procédé de gravure au plasma comme cela est par exemple décrit dans le document DE 4241045 C2. Le procédé de tranchage s'arrête à la couche d'oxyde la qui sera coupée par gravure en-suite au cours d'une autre étape d'oxydation de manière à de nouveau arrêter la couche sacrificielle 5.

La figure 1 L montre finalement à l'aide de la technique de gravure de la couche sacrificielle C1F3, que cette couche SiGe 5 a été dé-gagée sélectivement pour libérer la membrane M. Les couches d'oxyde la, 25 qui subsistent peuvent suivant la demande être enlevées par gravure à la vapeur HF sous la membrane M. On a ainsi un capteur de pression relative à possibilité d'exploitation capacitive entre la membrane M et le substrat de silicium 1; la zone intérieure I de la membrane M a une épaisseur augmentée par comparaison à la zone marginale RB; cette augmentation d'épaisseur renforce la zone de polysilicium 20 et la rigidifie de sorte qu'elle est significativement moins cintrée que dans les solutions con-nues. La non linéarité qui en résulte en principe, diminue du fait de la réduction du cintrage de la membrane de la plaque mobile du condensateur KP.

En variante du présent mode de réalisation, il est possible de prévoir une électrode inférieure en polysilicium à la place du substrat pour constituer la contre-électrode qui est reliée en sortie sous la membrane pour être mise en contact. Cela se traduit par une mise en oeuvre de moyens de procédé plus importants mais a par exemple l'avantage de pouvoir limiter géométriquement la surface de la contre-électrode à la zone intérieure de la membrane c'est-à-dire là où son épaisseur la rigidifie. De plus, cela réduit les capacités parasites.

Selon une autre variante du mode de réalisation, il est possible de remplacer la structure en tranchée du côté arrière par une structure de la membrane en partant du côté avant de la plaquette de façon à créer des orifices de gravure dans la membrane à travers les-quels on peut réaliser par un gaz de gravure C1F3, une gravure sélective de la couche sacrificielle 5 en SiGe. A la fin de la gravure de la couche sacrificielle, on pourra de nouveau fermer les orifices de gravure par un procédé de dépôt par exemple par des procédés de dépôt à la vapeur PECVD; on emprisonne ainsi une pression de référence définie dans les cavernes ainsi formées sous la membrane. On obtient de cette manière et de façon simple un capteur de pression absolu dont la face avant peut être sollicitée en pression. L'avantage de la technique de la couche sacrificielle SiGe permet une gravure sélective C1F3 de SiGe par rapport à Si sans avoir à augmenter les moyens nécessaires au procédé pour la passivation du silicium fonctionnel. De plus, contrairement à la technique de gravure à la vapeur HF, on conserve les oxydes fonctionnels par exemple l'oxyde d'isolation. Il est à remarquer que les étapes de gravure à la vapeur HF, pour enlever la mince couche d'oxyde sous la membrane selon la présente invention ne demandent que des temps très courts et ne gênent pas ou seulement très légèrement à cet endroit la structure stratifiée.

Les figures 2A-L sont des vues en coupe schématique des étapes principales de fabrication d'un composant micromécanique sous la forme d'un capteur de pression capacitif correspondant à un second mode de réalisation de la présente invention.

L'idée à la base de ce second mode de réalisation consiste à découpler la partie de la membrane participant à la génération du signal comme surface d'électrode distincte, par découplage plus ou moins mécanique complet de cette membrane de façon à n'avoir plus aucune courbure au niveau de la capacité de mesure.

Selon la figure 2A, on dépose une couche d'oxyde la ou on la forme de manière thermique sur un substrat de plaquette de silicium 1; sur cette couche on applique une couche sacrificielle 5 en SiGe ayant une teneur en Ge de l'ordre de 0,1-0,8 et de préférence de 0,2-0,5.

En référence à la figure 1B, on oxyde la couche sacrifi- cielle de SiGe par voie thermique pour former au-dessus de celle-ci une couche d'oxyde de SiGe 5a. Cette couche d'oxyde SiGe constitue une couche d'arrêt de gravure et aussi une barrière de diffusion pour Ge; elle se développe d'une manière particulièrement avantageuse sans inclure d'atomes étrangers Ge c'est-à-dire très largement sous la forme d'oxyde de silicium pur si la teneur en Ge dans SiGe est faible par exemple < 50 % at. Une couche d'oxyde de silicium sans Ge ou pratiquement sans Ge constitue une barrière de diffusion particulièrement bonne pour Ge.

Comme le montre la figure 2C, au-dessus de la couche d'oxyde SiGe 5a, on dépose sur toute la surface une couche de polysilicium 20 et ensuite on trempe par exemple à 900 C à 1000 C pendant une durée de par exemple 10 minutes jusqu'à 1 heure; au-dessus de cette couche on dépose une mince couche d'oxyde 25' ou on la développe par voie thermique comme cela est présenté à la figure 2C. Cette dernière solution peut se faire pendant l'étape de trempe. La trempe a également pour but d'améliorer les caractéristiques mécaniques du polysilicium. Il est important que pendant le traitement à haute température, il ne se produise aucune interdiffusion de Ge dans le polysilicium grâce à l'oxyde constituant une barrière de diffusion.

Ensuite, selon la figure 2D, à l'aide d'un unique masque on grave tout d'abord la mince couche supérieure d'oxyde 25', de façon sélective jusqu'à la couche de polysilicium 20. La gravure de l'oxyde s'arrête d'elle-même sur la couche de polysilicium 20. Ensuite, on commute le procédé de gravure sur une gravure sélective pour le polysili- cium de façon à traverser par gravure la couche de polysilicium 20 jusqu'à un arrêt sur la couche d'oxyde de SiGe 5a qui se trouve en des-sous. Après l'arrêt sur la couche d'oxyde de SiGe 5a, on revient au pro-cédé de gravure à la chimie pour faire une gravure sélective de l'oxyde et s'arrêter sur la couche sacrificielle 5 en SiGe qui se trouve en dessous.

De façon avantageuse, on utilise pour cela un procédé de gravure au plasma car celui-ci peut se régler facilement par le choix des gaz appropriés à la fois pour les oxydants, de manière sélective vis-à-vis de Si ou SiGe ou encore de la gravure de Si ou de SiGe, de manière sélective par rapport à l'oxyde.

Dans le cas d'une oxydation sélective, on utilise les gaz de procédé tels que CHF3, CF4 et CHF3, C4F8 + CF4, etc.. Pour la gravure sélective de Si ou SiGe, on utilise avantageusement le procédé décrit dans le document DE 4241045 C2. Cela permet d'effectuer ces opéra- tions successivement ou dans une seule et même installation de gravure au plasma. En cas de passage de l'oxyde au polysilicium ou inversement pour la gravure par oxydation, on commute les gaz de pro-cédé. En principe, il est même possible d'effectuer successivement ces étapes sans avoir à décharger la plaquette de l'installation. Les arrêts de gravure peuvent se détecter chacun selon des procédés connus en soi pour la détection du point final, par exemple par spectroscopie d'émissions optiques au niveau du plasma ou de la détection du point final du laser, etc.. Le résultat de ces trois étapes de gravure réalisées de préférence avec un unique masque est donné à la figure 2D. Selon la figure 2E, on couvre cette structure stratifiée d'une autre

couche sacrificielle SiGe 40.

Comme présenté à la figure 2F, on effectue alors une gravure traversant la pile de couches jusqu'à la couche d'oxyde inférieure la pour fixer la plage de la membrane et la prévision d'une fenêtre 7 dans la zone de la membrane; cette fenêtre 7 arrive jusqu'à la couche d'oxyde 25. Dans ce cas également, on utilise de préférence le procédé de gravure au plasma selon le document DE 4241045 C2 car ce procédé offre une très grande sélectivité vis-à-vis des oxydes de sorte qu'il suffit d'un oxyde très mince sous la forme de la couche 25' pour arrêter la progression du procédé et permettre une surgravure suffisamment longue sur cet oxyde très mince, jusqu'à ce que la gravure ait progressé au-delà de la plage de la membrane jusqu'à la couche d'oxyde la. Si pendant cette surgravure, la couche mince d'oxyde 25' devait se rompre, la structure de polysilicium enfouie, serait très rapidement détruite c'est-à-dire enlevée par gravure ce qui doit être toujours évité.

Selon la figure 2G, on soumet la structure ainsi obtenue à une autre oxydation thermique pour former une couche d'oxyde 45 sur la zone de la membrane. Il est à remarquer que la couche SiGe s'oxyde beaucoup plus rapidement, selon un coefficient 1,5 jusqu'à 5 que le silicium sans germanium. La couche d'oxyde 45 développée peu- dant l'oxydation est seulement une couche mince sur la couche de polysilicium 20 et beaucoup plus épaisse sur les surfaces ouvertes de SiGe de la couche 40 ou 5. Dans ce contexte, il est également avantageux que l'oxyde développé sur la couche SiGe n'incorpore aucun ou seulement très peu d'atomes Ge étrangers ce qui s'obtient par une teneur en Ge suffisamment faible de la couche de SiGe, par exemple < 50 %. La teneur en Ge doit d'un autre côté être suffisamment élevée pour arriver à l'accélération de la croissance pour la formation de l'oxyde sur la matière SiGe ce qui en pratique correspond à une plage de valeur de 0,2- 0,5 ou 0,3-0,4 pour la teneur en Ge par la matière SiGe.

Cela permet une regravure sur toute la surface de l'oxyde dans la fenêtre, sans masque, de préférence avec un procédé de gravure au plasma connu en soi pour l'oxyde qui s'arrête sélectivement sur la couche de polysilicium 20 pour dégager la surface supérieure du polysi- licium dans la fenêtre 7. Comme la couche d'oxyde sur la surface de SiGe est significativement plus épaisse qu'à la surface du polysilicium, elle subsiste sur des zones de SiGe même après la gravure inverse, suivant une épaisseur suffisamment grande pour servir de barrière de diffusion au germanium dans le procédé suivant. Cette étape du procédé est présentée à la figure 2H.

La figure 2I montre la situation dans laquelle une couche de polysilicium 50 a été de nouveau appliquée sur toute la surface et a été structurée. De plus, du côté droit, on a la fenêtre 6 pour le dégage-ment et la mise en contact du substrat de la plaquette de silicium 1. En outre, au dos, on a appliqué une couche de masquage 12' formée d'une photolaque épaisse ou d'un oxyde pour l'opération de gravure suivante.

Selon la figure 2J, on découpe et on structure la couche électroconductrice de préférence en un métal de contact tel que par exemple de l'aluminium ou AlCu ou AlSiCu dans les zones 9'a, 9b pour la mise en contact de la couche de polysilicium 50 sur le côté gauche de la figure 2J ou la mise en contact du substrat de silicium 1 dans la fenêtre 6 du côté droit de la figure 2J.

Selon la figure 2K, après le procédé de gravure de tranchée partant du côté arrière R de la plaquette et qui s'arrête tout d'abord sur la couche d'oxyde la et après avoir traversé selon un autre procédé de gravure se poursuit jusqu'à la couche sacrificielle 5. Pour cela, on utilise un procédé de gravure au plasma reposant sur des gaz de procédé tels que CHF3, C4F8, CF4, C3F8, etc.. ou de mélanges de ceux-ci pour permettre une gravure sélective traversante de l'oxyde avec arrêt sur SiGe. En outre, cette étape de gravure au plasma peut en principe être effectuée par la même installation que l'étape de gravure normale. Dans la mesure où il y a une reconnaissance de point final, les deux étapes mises en structure peuvent même être effectuées directement de façon successive et sans transfert de charge de la plaquette dans une seule et même installation ou des chambres séparées et ces opérations peuvent être faites par une seule et même installation ce qui compense le temps et le coût.

Selon la figure 2L, on enlève sélectivement la couche sacrificielle 5 ou la couche sacrificielle 40 par une gravure de couche sa- crificielle utilisant C1F3 pour dégager la membrane M et la cavité H qui se trouve en dessous de celle-ci. L'enlèvement des couches d'oxyde la, 5a, 25', 45 qui subsistent dans la zone de la membrane est également possible par une gravure à la vapeur HF qui ne demande qu'un intervalle très court et qui du fait de la durée d'action courte n'attaque que très peu les autres couches d'oxyde.

La structure de polysilicium inférieure qui se trouve dans la zone intérieure I' de la membrane M, joue alors plus le rôle de plaque de condensateur KP' mécaniquement découplée des éventuels fléchissements de la membrane M, mais tout en étant reliée électriquement à la membrane. Le condensateur formé par celle-ci et par la contre-électrode inférieure présente un comportement strictement proportionnel à la pression pour la capacité réciproque sans avoir besoin de linéarité et sans nécessiter une correction par ailleurs nécessaire du défaut de linéarité. La zone du bord RB' de la membrane M participe ici d'une manière non perceptible à la capacité. Le résultat et l'obtention d'un capteur non linéaire relative de pression.

En variante de ce mode de réalisation, il est également possible de réaliser un capteur de pression absolue. Pour cela, à la place du procédé de tranchée appliqué au côté arrière, on grave une perforation de la membrane en partant du côté avant. En réalisant des trous de gravure de préférence seulement quelques trous de gravure, on permet aux gaz de procédé C1F3 lors de la gravure suivante de la couche sacrificielle, d'accéder aux couches sacrificielles. Grâce à la portée très importante, à la vitesse de gravure et à la sélectivité de C1F3 par rapport à SiGe, il suffit avantageusement de quelques trous de gravure seulement par exemple au niveau de la membrane ou ces trous ne gênent pas c'est-à-dire qu'ils ont une influence mécanique aussi réduite que possible sur le comportement de la membrane. Ces positions préférentielles pour les orifices de gravure sont par exemple des emplacements dans lesquels les contraintes mécaniques sont particulièrement faibles sous la sollicitation de la membrane avec une pression par exemple voisine de celle régnant au milieu de la membrane ou d'une manière encore plus préférentielle au niveau des points d'inversion de la ligne de flexion de la membrane fléchie (point d'inversion de contrainte situé sensiblement à 1/4 du diamètre de la membrane ou du bord de la membrane).

Ces orifices de gravure sont de nouveau fermés hermétiquement à la fin de la gravure de la couche sacrificielle par exemple par un procédé de dépôt à la vapeur, procédé CVD et on peut ainsi empri- sonner une pression de référence définie dans la caverne sous la membrane M pour choisir dans les conditions de procédé habituelles, pendant le dépôt de CVD. La couche sacrificielle SiGe permet ainsi de fabriquer une structure relativement complexe avec une plaque de condensateur suspendue librement à la membrane M sensible à la pression et qui lors de l'extension de cette partie fléchie de la membrane elle-même, n'est pas cintrée ce qui permet ainsi un capteur de pression absolue, capacitif, à très grande linéarité.

Selon une variante du procédé décrit ci-dessus, il est également possible en plus de prévoir une électrode inférieure en poly- silicium sous la membrane ou la plaque de polysilicium contre la membrane qui passerait de manière noyée dans la plage de la membrane et dont la face avant est métallisée et peut être mise en contact. A la place du substrat comme contre-électrode inférieure, on peut également avantageusement utiliser cette électrode inférieure en polysilicium comme contre-électrode inférieure pour exploiter la capacité. Les moyens à mettre en oeuvre pour le procédé sont certes plus élevés du fait de cette mesure mais on supprime avantageusement la possibilité de limiter la contre-électrode inférieure à la surface de la plaque supérieure de polysilicium contre la membrane. Si les surfaces de la contre- électrode inférieure et de la zone marginale supérieure de la membrane doivent encore être réduites ou complètement éliminées pour mesurer la capacité, ce qui réduit encore plus ou supprime le défaut de linéarité résultant de ces zones marginales, pour le comportement réciproque en capacité de la cellule de mesure.

Bien que la présente invention soit décrite ci-dessus de préférence à l'aide d'exemples de réalisation, elle n'est pas limiter à ceux-ci et permet d'envisager de nombreuses variantes.

En particulier certaines étapes de procédé peuvent être inversées dans leur ordre sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que par exemple le traitement de la face arrière de la plaquette peut se faire avant le traitement avant de la plaquette ou être en soi terminé ou encore le traitement de la face avant de la plaquette peut se faire d'abord ou être terminé et ensuite on effectue le traitement de la face arrière de la plaquette. On peut également alterner différentes étapes de procédé appliquées à la face avant de la plaquette et à la face arrière dans le déroulement global du procédé c'est-à-dire traiter d'une part la face avant de la plaquette puis revenir à la face arrière et ainsi de suite et cela chaque fois selon une ou plusieurs étapes. Les flux de procédé décrits ci-dessus sont considérés comme avantageux pour de nombreu- ses raisons mais il ne s'agit pas de l'unique déroulement du procédé dans le sens de la présente invention.

NOMENCLATURE

1 Substrat de plaquette en silicium 5, 40 Couche sacrificielle V Face supérieure de la plaquette R Face arrière de la plaquette 6, 7 Fenêtre 9'a, 9 ID Couche conductrice 12' Couche de masquage 15"' Orifice de perforation M Membrane I, I' Zone intérieure RB, RB' Zone marginale KP, KP' Plaque de condensateur mobile 20, 30, 50 Couche de polysilicium la Couche d'oxyde 5a Couche d'oxyde SiGe de préférence proche d'une couche d'oxyde de silicium pur 25, 25', 45 Couche d'oxyde H Cavité

Claims (16)

REVENDICATIONS

1 ) Composant micromécanique comprenant: - un substrat (1) conducteur au moins par zones, - une membrane (M) élastiquement déformable conductrice au moins par zones, bombée et isolée électriquement du substrat sur la face avant (V) du substrat (1), la membrane (M) ayant une zone intérieure (I, I') et une zone marginale (RB, RB'), et - une cavité (H) entre le substrat (1) et la membrane (M), - la zone intérieure (I, I') ayant par rapport à la zone marginale (RB, RB') une section modifiée pour diminuer le fléchissement de la zone intérieure (I, I') par comparaison à une section identique.

2 ) Composant micromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone intérieure (I) est épaissie par rapport à la zone marginale (RB).

3 ) Composant micromécanique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone intérieure (I) présente une couche supplémentaire (20) par rap- port à la zone marginale (RB).

4 ) Composant micromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone intérieure (I') comporte par rapport à la zone de bord (RB'), une zone (KP') suspendue en forme de poinçon dans la cavité (H).

5 ) Composant micromécanique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisé en ce que la cavité (H) est remplie d'un milieu, et un ou plusieurs orifices de perforation (15"') traversent le substrat sous la membrane (M)et l'un ou plu-sieurs des orifices de perforation (15"') permettent l'accès à la cavité (H) à partir du côté arrière (R) du substrat (1) de façon à pouvoir modifier le volume du milieu qui se trouve dans la cavité (H) en cas de débattement de la membrane (M).

6 ) Procédé de fabrication d'un composant micromécanique comprenant les étapes suivantes: - on fournit un substrat (1) conducteur au moins par zones, - on établit une membrane (M) déformable élastiquement, conductrice au moins par zones, bombée et électriquement isolée du substrat (1) par la face avant (V) du substrat (1), la membrane (M) ayant une zone intérieure (I') et une zone marginale (RB, RB'), et -on réalise une cavité (H) entre le substrat (1) et la membrane (M), - la membrane (M) étant conçue pour que la zone intérieure (I, I') pré- sente par rapport à la zone marginale (RB, RB') une section modifiée pour diminuer le fléchissement de la zone intérieure (I, I') par compa- raison à une section identique.

7 ) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que la membrane (M) est prédéformée dans une zone de couche sacrificielle (5, 40) prévue sur le substrat (1) par plusieurs couches structurées (20, 25, 30; 5a, 20, 25', 45, 50) et ensuite on enlève la zone de couche sacrificielle (5; 5, 40) par un procédé de gravure sélectif vis-à-vis de la membrane (M).

8 ) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que comme couche sacrificielle (5; 5, 40) on utilise SiGe avec une teneur de Ge de l'ordre de 0,1-0,8 et de préférence de 0,20,5.

9 ) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 6, 7, 8 caractérisé en ce que le gaz de gravure de la couche sacrificielle est du CfF3, CfF5, XeF2, BrF3, IF3 ou IF5 et de préférence C1F3.

10 ) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que comme arrêt de gravure et de barrière de diffusion entre les couches de SiGe et Si, on applique une couche d'oxyde (la), ou on la développe par oxydation thermique.

11 ) Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' on choisit la teneur en Ge dans la zone de couche sacrificielle (5; 5, 40) suffisamment faible, pour que la couche d'oxyde développée par voie thermique dans la couche SiGe ne contienne pas ou pratiquement pas de Ge.

12 ) Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que la teneur en Ge de la zone de couche sacrificielle (5; 5, 40) est choisie suffisamment élevée pour que la vitesse de croissance d'une couche d'oxyde thermique soit accélérée par rapport à la croissance d'une couche de silicium d'un coefficient égal à 1,5 jusqu'à 10.

13 ) Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que la teneur en Ge de la zone de couche sacrificielle (5; 5, 40) se situe entre 0,3 et 0,4 % at.

14 ) Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans la zone intérieure (I) on réalise une couche supplémentaire (20) par rapport à la zone marginale (RB).

15 ) Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans la zone intérieure (I') on réalise une zone (KP'), décrochée par rapport à la zone marginale (RB'), suspendue en forme de tampon dans la cavité (5).

16 ) Procédé de fabrication selon la revendication 14, caractérisé en ce qu' on remplit la cavité (H) d'un milieu; on réalise un ou plusieurs orifices de perforation (15 "') traversant le substrat (1) sous la membrane (M), et un ou plusieurs orifices de perforation (15"') créent un accès vers la cavité (H) à partir du côté arrière (R) du substrat (1) de façon qu'un volume de milieu qui se trouve dans la cavité (H) puisse être modifié par débattement de la membrane (M). io