FR2967991A1 - Microsysteme a fonction microelectrique et microfluidique et son procédé de fabrication - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un microsystème comprenant à la fois une fonction microélectronique et une fonction microfluidique, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel système, trouvant notamment une application aux microsystèmes dédiés à l'analyse biologique, tels que les laboratoires sur puce (« lab on chip »), les puces à cellules (« cell-based array ») ou puces à ADN ou protéines (« microarray »). Le procédé comprend une étape de création, sur un premier substrat, d'un circuit microélectronique apte à mettre en œuvre la fonction microélectronique, et une étape de création, dans un deuxième substrat, d'une structure microfluidique apte à mettre en œuvre la fonction microfluidique. En outre, le procédé comprend une étape de report du deuxième substrat sur le circuit électronique et le premier substrat, et l'étape de création de la structure microfluidique est mise en œuvre après cette étape de report du deuxième substrat sur le circuit électronique et le premier substrat. Ainsi, le procédé de l'invention permet de s'affranchir des problèmes liés à l'assemblage d'une structure microfluidique préalablement réalisée, avec une structure microélectronique préalablement réalisée, en termes de coût de fabrication, mais également de résolution spatiale. En effet, l'assemblage est mis en œuvre avant réalisation de la structure microfluidique, par report du deuxième substrat qui sert de base à la structure microfluidique, sur la structure microélectronique. Le procédé de l'invention permet ainsi de créer des structures microfluidiques complexes, assemblées avec des structures micro-électroniques complexes.

Description

MICROSYSTEME A FONCTION MICROELECTRONIQUE ET MICROFLUIDIOUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION

La présente invention a pour objet un microsystème comprenant à la fois une fonction microélectronique et une fonction microfluidique, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel système. Elle trouve notamment une application aux microsystèmes dédiés à l'analyse biologique, tels que les laboratoires sur puce (« [ab on chip »), les puces à cellules (« tell-baséd array ») ou puces à ADN ou protéines (« microarray »).

Dans de tels microsystèmes, il est souvent nécessaire de combiner une structure mettant en oeuvre une fonction électronique, généralement de type circuit électronique, avec une structure mettant en oeuvre une fonction microfluidique, généralement consistant en plusieurs motifs sur un substrat, tels que des microcanaux, des microréservoirs, des micromélangeurs ou des microréacteurs, destinés à permettre de manipuler un produit liquide ou gazeux à analyser ou à synthétiser. En particulier, l'analyse par spectroscopie de type terahertz est utilisée pour la caractérisation de matériaux en phase liquide. Une telle analyse est difficile à mettre en oeuvre avec les moyens actuels connus, dans la mesure où ceux-ci sont basés sur une propagation en espace libre. Par conséquent, les liquides polaires, et plus particulièrement les liquides à forte teneur en eau, sont pratiquement impossibles à analyser ou nécessitent une procédure d'analyse extrêmement complexe.

En outre, avec ces moyens, il peut être difficile d'obtenir des mesures, sur lesquelles est basée une telle analyse, fiables et reproductibles. On se heurte en outre aux dimensions microscopiques ou nanoscopiques des structures microfluidiques, pour l'analyse d'objets de tailles microscopiques ou nanoscopiques, qui ne sont pas toujours compatibles avec les contraintes de réalisation des circuits électroniques destinés à mettre en oeuvre la ou les fonctions électroniques requises pour l'analyse. On s'intéresse tout particulièrement à l'analyse d'entités biologiques sans étiquettes fluorescentes (« label free »), de façon non-invasive, en temps réel et en milieu naturel. Un tel mode opératoire peut être obtenu grâce à la spécificité de la spectroscopie de type terahertz. En effet, la spectroscopie de type terahertz permet de sonder directement des énergies de liaison atomique de faible intensité. De telles l0 liaisons constituent le fondement de la structuration de la matière vivante. L'analyse par spectroscopie de type terahertz peut donc donner des informations utiles, notamment dans le domaine de la protéomique. Dans ce domaine, l'information analysée est sensible, par exemple, au taux d'hydratation d'une protéine ou à sa conformation. Avec une analyse par 15 spectroscopie de type terahertz, l'information et ces données peuvent être obtenues sans traitement particulier de la solution biologique. Egalement, ce type d'analyse peut être appliqué utilement pour la caractérisation de fluides liquides ou gazeux ou d'objets microscopiques dans ces fluides, dans le domaine environnemental, agro-alimentaire, de 20 l'industrie de l'énergie (gaz, pétrole). Plus généralement, de nos jours, dans le domaine de l'analyse dans les sciences du vivant, on ne se limite plus aux fonctions de détection et de reconnaissance d'entités, mais on s'intéresse également aux phénomènes d'interaction. Le suivi en temps réel de ces interactions 25 nécessite la mise en mouvement des fluides, et des mesures rapides. Les microsystëmes microfluidiques tentent de répondre à ces besoins. En particulier, les méthodes optiques développées sur la base des plasmons de surface résonnants en sont un exemple. Ces méthodes présentent des limitations en termes de résolution 30 spatiale, puisque la mesure est globale sur une surface suffisamment large pour avoir une sensibilité mesurable. L'intérêt de la spectroscopie de type terahertz a déjà été démontré. Mais la plupart du temps, elle nécessite un important travail de préparation de l'échantillon à analyser, par exemple en le déshydratant.

En effet, les rayons de type terahertz sont extrêmement sensibles à tous les milieux à forte teneur en eau, car leur coeff=icient d'absorption en puissance, de l'ordre de 1018 à 1 THz pour 1 mm d'eau pure, est considérable. Tl s'ensuit que la mesure directe par spectroscopie de type THz sur des solutions aqueuses est difficile et fortement soumise aux o conditions de mesure externes (température, épaisseur de l'échantillon). Des solutions ont déjà été proposées, mais qui restent très complexes, par exemple en utilisant des micelles inverses comme nana réservoir de solutions biologiques, le tout plongé dans une solution apolaire. 15 D'autres solutions consistent à utiliser des microsystèmes dont l'avantage principal est de proposer une excellente reproductibilité des mesures, mais qui sont basées sur la focalisation du faisceau de type THz avec des résolutions spatiales ne pouvant descendre sous le mm'. Pour la réalisation de tels microsystèmes combinant une fonction 20 microfluidique et une fonction microélectronique, il est nécessaire d'une part de réaliser une structure microfluidique comprenant des motifs tels que des canaux, et d'autre part de réaliser une structure microélectronique, généralement de type circuit microélectronique, comprenant les composants microélectroniques nécessaires, et 25 d'assembler les deux structures. Le procédé de fabrication de tels microsystèmes est donc complexe et coûteux, puisqu'il correspond à la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication d'un système microfluidique, la mise oeuvre d'un procédé de fabrication d'un circuit microélectronique, et la mise en oeuvre d'un 30 procédé d'assemblage, de type collage d'une structure sur une autre.

Plus le circuit microélectronique et/ou la structure microfluidique est complexe, plus l'assemblage est délicat et empêche notamment d'atteindre des résolutions spatiales élevées. En particulier, si l'on souhaite disposer d'une structure microfluidique comprenant de nombreux motifs, tels des canaux, de très petite dimension, on va devoir « coller » une structure microfluidique de laquelle beaucoup de matière a été retirée, correspondant aux différents motifs microfluidiques, sur la structure microélectronique. L'assemblage risque donc de ne pas tenir, ou bien l'on risque 1 o d'endommager la structure microfluidique lors de l'assemblage, voire d'endommager le circuit électronique. L'invention a donc pour objet de résoudre les problèmes précités parmi d'autres problèmes, liés d'une part à l'importance de disposer de microsystèmes combinant à la fois des fonctions microélectroniques et des 15 fonctions microfluidiques, et d'autre part aux difficultés de réalisation de tels microsystèmes. L'invention se rapporte ainsi, selon un premier aspect, à un procédé de fabrication d'un microsystème comprenant au moins une fonction microélectronique et au moins une fonction microfluidique. 20 Le procédé comprend une étape de création, sur un premier substrat en matériau électriquement isolant ou semi-conducteur, d'un circuit microélectronique apte à mettre en oeuvre la fonction microélectronique, et une étape de création, dans un deuxième substrat, d'une structure microfluidique apte à mettre en oeuvre la fonction 25 microfluidique. En outre, le procédé comprend une étape de report du deuxième substrat en matériau électriquement isolant ou semi-conducteur sur le circuit électronique et le premier substrat, et l'étape de création de la structure microfluidique est mise en oeuvre après cette étape de report du 30 deuxième substrat sur le circuit électronique et le premier substrat.

Ainsi, le procédé de l'invention permet de s'affranchir des problèmes liés â l'assemblage d'une structure microfluidique préalablement réalisée, avec une structure microélectronique préalablement réalisée, en termes de coût de fabrication, mais également de résolution spatiale. En effet, avec le procédé de l'invention, l'assemblage est mis en oeuvre avant réalisation de la structure microfluidique, par report du deuxième substrat qui sert de base â la structure microfluidique, sur la structure microélectronique.

Le procédé de l'invention permet ainsi de créer des structures microfluidiques complexes, assemblées avec des structures micro-électroniques complexes. Dans une première variante de mise en oeuvre, l'étape de report du deuxième substrat comprend une étape de collage, de préférence par thermocompression, du deuxième substrat sur le premier substrat. Cette étape de collage du deuxième substrat sur le premier substrat, est de préférence suivie d'une étape d'amincissement, par exemple par gravure, du deuxième substrat. Par ailleurs, cette étape de collage du deuxième substrat sur le premier substrat, est de préférence précédée d'une étape de dépôt d'une couche de polymère sur le premier substrat et le circuit microélectronique. Cette étape de dépôt de la couche de polymère peut comprendre une étape de centrifugation du polymère sur le premier substrat et le circuit microélectronique.

Cette étape de centrifugation du polymère est de préférence précédée d'une étape de dépôt, par exemple par centrifugation, d'une couche d'un matériau promoteur d'adhérence du polymère sur le premier substrat. Par ailleurs, cette étape de centrifugation du polymère est de 3o préférence suivie d'une étape de recuit de la couche de polymère.

Dans une deuxième variante de mise en oeuvre, éventuellement en combinaison avec la précédente, l'étape de création de la structure microfluidique dans le deuxième substrat, comprend une étape de gravure, de préférence de type gravure profonde, du deuxième substrat.

Cette étape de gravure du deuxième substrat est de préférence précédée d'une étape de dépôt d'un masque de gravure sur le deuxième substrat. Cette étape de dépôt d'un masque de gravure sur le deuxième substrat peut comprendre une étape de dépôt d'une couche de résine 10 photosensible, de préférence par centrifugation. Cette étape de dépôt de la couche de résine photosensible est de préférence précédée d'une étape de dépôt d'une couche métallique, par exemple en aluminium, de préférence par pulvérisation. Par ailleurs, cette étape de dépôt de la couche de résine 15 photosensible est de préférence suivie d'une étape d'insolation aux rayons ultra-violets, éventuellement après une étape de recuit de la couche de résine photosensible. Cette étape d'insolation aux rayons ultra-violets est elle-même de préférence suivie d'une étape de développement de la résine 20 photosensible et éventuellement de gravure de la couche métallique. En outre, l'étape de gravure du deuxième substrat est de préférence suivie d'une étape de gravure, par exemple de type gravure plasma, de la couche de polymère déposée sur le premier substrat et le circuit microélectronique. 25 Cette étape de gravure du deuxième substrat, et éventuellement l'étape de gravure de la couche de polymère déposée sur le premier substrat et le circuit microélectronique, sont de préférence suivies d'une étape de retrait du masque de gravure, et éventuellement de la couche métallique, par exemple par dilution dans une solution d'acétone qui peut 3o être suivie d'une gravure humide â l'aide par exemple d'une solution chimique basique. Dans encore une autre variante de mise en oeuvre, éventuellement en combinaison avec une ou plusieurs des précédentes, l'étape de création de la structure microfluidique est suivie d'une étape de création d'un capot de recouvrement de la structure microfluidique. Cette étape de création d'un capot de recouvrement de la structure microfluidique comprend de préférence une étape de dépôt d'une couche de polymère sur un troisième substrat en matériau isolant électriquement ou semi-conducteur.

Cette étape de dépôt de la couche de polymère sur le troisième substrat comprend de préférence une étape de centrifugation du polymère sur le troisième substrat, éventuellement précédée d'une étape de dépôt, par exemple par centrifugation, d'une couche d'un matériau promoteur d'adhérence du polymère sur le troisième substrat, et éventuellement suivie d'une étape de recuit de cette couche de polymère. L'étape de dépôt de la couche de polymère sur le troisième substrat est de préférence suivie d'une étape de collage, par exemple par thermocompression, du troisième substrat sur le deuxième substrat. Par ailleurs, l'étape de création du capot de recouvrement de la structure microfluidique peut être suivie d'une étape de découpe du capot en sorte qu'il recouvre la structure microfluidique sans recouvrir la totalité du premier substrat. Dans encore une autre variante de mise en oeuvre, éventuellement en combinaison avec une ou plusieurs des précédentes, l'étape de création sur le premier substrat du circuit microélectronique, comprend une étape de dépôt d'un masque sur le premier substrat. Cette étape de dépôt du masque sur le premier substrat comprend de préférence une étape de dépôt, par exemple par centrifugation, d'une couche de résine photosensible sur le premier substrat.

Cette étape de dépôt de la couche de résine photosensible sur le premier substrat est de préférence suivie d'une étape d'insolation de la couche de résine photosensible aux rayons ultra-violets, et d'une étape de développement de cette résine photosensible. Cette étape d'insolation de la couche de résine photosensible aux 5 rayons ultra-violets, est de préférence précédée d'une étape de recuit, et éventuellement suivie d'une autre étape de recuit. L'étape de dépôt de la couche de résine photosensible sur le premier substrat, est de préférence précédée d'une étape de dépôt, par exemple par centrifugation, d'une couche d'un matériau promoteur 1 o d'adhérence de la résine photosensible sur le premier substrat. Par ailleurs, l'étape de dépôt de la couche de résine photosensible sur le premier substrat, et éventuellement l'étape de dépôt de la couche de matériau promoteur d'adhérence de la résine photosensible sur le premier substrat, sont de préférence précédées d'une étape de recuit de 15 déshydratation du premier substrat, cette étape de recuit de déshydratation étant éventuellement précédée d'une étape de nettoyage du premier substrat, par exemple dans une solution comprenant de l'acétone et/ou de l'éthanol. L'étape de dépôt du masque sur le premier substrat est de 20 préférence suivie d'une étape de dépôt, par exemple par évaporation, d'une couche de métal sur le masque et le premier substrat. L'étape de dépôt de la couche de métal sur le masque et le premier substrat, est de préférence suivie d'une étape de retrait, par exemple par un retrait de type « lift off », du masque. 25 L'invention se rapporte également, selon un deuxième aspect, à un procédé de fabrication d'au moins un premier et un deuxième microsystémes comprenant chacun au moins une fonction microélectronique et au moins une fonction microfluidique, chaque microsystème étant fabriqué par le procédé tel que présenté ci-dessus. 30 Le premier substrat utilisé pour la fabrication du premier microsystème est le même que le premier substrat utilisé pour la fabrication du deuxième microsystème. De préférence, dans la variante dans laquelle un capot de recouvrement est créé à partir du dépôt d'une couche de polymère sur un troisième substrat, ce troisième substrat utilisé pour la fabrication du premier microsystème est le même que le troisième substrat utilisé pour la fabrication du deuxième microsystème. En outre, le procédé peut comprendre une étape de découpe du premier substrat, et éventuellement du troisième substrat, en sorte de 1 o séparer les premier et deuxième microsystèmes. Dans une variante de réalisation des procédés de fabrication d'un ou plusieurs microsystèmes présentés ci-dessus, la structure microfluidique comprend au moins un microcanai et/ou au moins un microréservoir. 15 Par ailleurs, le circuit électronique comprend au moins un guide d'onde. Le premier substrat peut être un substrat de verre ou de quartz. L'invention se rapporte également, selon un troisième aspect, à un microsystème comprenant au mains une fonction microélectronique et au 20 moins une fonction microfluidique obtenu par l'un des procédés présentés ci-dessus. La structure microfluidique du microsystème peut comprendre au moins un microcanal ou évidement de largeur inférieure ou égale à 5 dam, de préférence inférieure ou égale à 2 dam. 25 La structure microfluidique peut également comprendre au moins deux microcanaux ou évidements de largeur supérieure ou égale à 2 pm, de préférence supérieure ou égale à 5 pm, espacés l'un de l'autre d'une distance inférieure ou égale à 5 pm, de préférence inférieure ou égale à 2 Pm. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière complète à la lecture de la description ci-après des variantes préférées de mise en oeuvre et de réalisation, lesquelles sont données à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés suivants : - figure 1 : représente schématiquement les étapes de création d'une structure microélectronique, - figure 2 : représente schématiquement l'étape de report d'un deuxième substrat sur la structure microélectronique représentée à la figure 1, - figure 3 : représente schématiquement l'étape de création de la structure microfluidique sur la structure formée à l'issue de l'étape de report du deuxième substrat sur la structure microélectronique, figure 4 : représente schématiquement l'étape de création d'un capot, ainsi que la fabrication de plusieurs microsystémes sur la base d'un même substrat. La figure 1 représente schématiquement, dans un exemple de mise en oeuvre, trois sous-étapes (Al), (A2) et (A3) de l'étape de création (A) d'un circuit électronique 2 qui comprend de préférence au moins un guide d'onde 2, par exemple de type ligne de Goubau, sur un substrat de verre 1. Pour la réalisation de ce circuit électronique 2, un masque 8 est déposé sur un substrat 1 en matériau isolant électriquement ou semi-conducteur, tel qu'un substrat de verre 1, au cours de l'étape (Al).

Le dépôt de ce masque 8 sur le substrat de verre 1 peut être obtenu par une étape de dépôt (A14) d'une couche de résine photosensible 8, par exemple par centrifugation. A titre d'exemple, on peut utiliser une résine de type AZn Lof 2020, c'est-à-dire une résine photosensible négative destinée à la mise en ceuvre 30 du procédé « Lift Off ». 2967991 Il Les paramètres de mise en oeuvre d'un tel dépôt par centrifugation sont, toujours à titre d'exemple : vitesse = 2500 tours / mn, - accélération = 1000 tours / mn / s, 5 durée = 20 s, - épaisseur = 1,5 pm. La couche 8 de résine photosensible est ensuite insolée par des rayons ultra-violets au cours d'une étape d'insolation (A16), dont les paramètres de mise en ceuvre peuvent être : 10 - longueur d'onde = 325 nm, - durée = 4.8 s, - densité surfacique de puissance 11 mW/cm2. La couche de résine photosensible, après insolation, subit ensuite une étape de développement (A18), en utilisant par exemple un 15 développeur de type AZ326MIF pendant 55 secondes. Préalablement à l'étape d'insolation (A16), on peut mettre en oeuvre une étape de recuit (A15), pendant 1 minute, à une température de 100°C. On peut également mettre en oeuvre une autre étape de recuit 20 (A17), après l'étape d'insolation (A16), également pendant 1 minute et à une température de 100°C. Préalablement au dépôt de la couche de résine photosensible 8 lors de l'étape de dépôt (A14), il est préférable de mettre en oeuvre une étape de dépôt (A13) d'une couche d'un matériau promoteur d'adhérence de la 25 résine photosensible 8 sur le premier substrat 1. Dans le cas où la résine photosensible utilisée est de type AZn Lof 2020, comme présenté plus haut, on pourra utiliser de l'HexaMethylDiSilazane (HMDS) comme matériau promoteur d'adhérence de la résine 8 sur le substrat de verre 1.

De préférence également, préalablement au dépôt du matériau promoteur d'adhérence de la résine photosensible 8 sur le substrat de verre 1, on peut mettre en oeuvre une étape de recuit de déshydratation (Al2) du substrat de verre 1, par exemple à une température de 200°C pendant une durée de 5 mn.

On prendra soin, également de préférence, à nettoyer le substrat de verre 1 avant recuit de déshydratation, dans une étape de nettoyage (A11), par exemple en utilisant de l'Acétone et/ou de l'Ethanol. La succession des sous-étapes (Ali) à (A18) décrites ci-dessus, correspond donc à l'étape de dépôt (Al) du masque 8 sur le substrat de verre 1, et aboutit ainsi à la structure représentée à la figure 1. Ensuite, une étape de dépôt (A2) d'une couche métallique 2, est mise en oeuvre, par exemple par évaporation, sur le masque 8. A titre d'exemple, on peut utiliser du Ti (épaisseur 500 Â) - Au (épaisseur 4000 - Al (épaisseur 500 R) pour cette étape de dépôt de la couche métallique 2 par évaporation. Le masque 8 comprenant une ouverture dans la couche de résine photosensible 8 insolée puis développée tel qu'expliqué précédemment, la couche métallique 2 se dépose en surface du masque 8 mais également en surface du substrat de verre 1 au niveau de l'ouverture dans le masque 8. Enfin, une étape de retrait (A3) du masque 8, par exemple par une technique de type « lift Off», est mise en oeuvre, en utilisant par exemple un produit de type « remover 1165 », à une température de 70°C. A l'issue de cette étape de retrait (A3), le masque de résine 8 est éliminé avec la couche métallique déposée sur sa surface. II ne reste plus que la couche métallique 2 déposée sur la surface du substrat de verre 1, à l'endroit de l'ouverture préalablement formée dans le masque 8. La figure 2 représente schématiquement l'étape de report (B) d'un deuxième substrat 4 en matériau isolant électriquement ou semi- conducteur, tel qu'un substrat de silicium 4, sur le circuit microélectronique 2, formant la structure microélectronique du microsystème selon l'invention, réalisée à la surface du substrat de verre 1 tel qu'expliqué précédemment en référence à la figure 1. Pour le dépôt de ce substrat de silicium 4 sur le circuit électronique 2 et sur le substrat de verre 1, on peut mettre en oeuvre une étape de collage (B2), par exemple par thermocompression pendant 1 heure, à une température de 250°C et à une pression de 2 bars. Préalablement à cette étape de collage (B2) du substrat de silicium 4, en vue de coller, et plus marginalement de protéger le circuit 0 microélectronique 2, lors de la réalisation ultérieure de la structure microfluidique 4 dans le substrat de silicium 4, on met en oeuvre une étape de dépôt (B1) d'une couche de polymère 3 sur le circuit microélectronique 2 et sur le substrat de verre 1. Le dépôt de la couche de polymère 3 peut être obtenu par une 15 étape de centrifugation (B12) d'un polymère tel que du BCB3022-46 (BenzoCycloButène), dont les paramètres peuvent être, à titre d'exemple ; - vitesse = 2500 tours / mn, accélération = 1500 tours / mn / s, - durée = 40 s, 20 - épaisseur = 2 pm. Eventuellement, préalablement au dépôt de la couche de polymère 3, on met en oeuvre une étape de dépôt (B11) d'une couche de matériau promoteur d'adhérence du polymère sur le substrat de verre 1. Cette étape peut-être également obtenue par centrifugation. 25 On peut par exemple utiliser un matériau de type AP3000 (AdhesionPromoter3000) pour promouvoir ['adhérence du BCB sur le substrat de verre 1. Les paramètres de mise en oeuvre d'un tel dépôt du matériau promoteur d'adhérence par centrifugation sont, toujours à titre 30 d'exemple vitesse = 2500 tours / mn, accélération = 1000 tours / mn / s, durée =20 s, Eventuellement, on fait subir au microsystème une étape de recuit (B13), après l'étape de dépôt (B12) de la couche de polymère 3, par exemple à une température de 110 °C, pendant 15 mn, sous N2. Enfin, il est préférable d'amincir le substrat de silicium 4 après l'étape de collage (B2), au cours d'une étape d'amincissement (B3). Cette étape d'amincissement peut par exemple consister en une 1 o gravure sous SF6, permettant par exemple de passer d'un substrat de silicium 4 d'épaisseur 250 pm à un substrat de silicium d'épaisseur 180 Pm. A l'issue de l'étape de dépôt (B) du substrat de silicium 4 sur le circuit microélectronique 2 et le substrat de verre 1, représentée à la 15 figure 2, on obtient le micro système représenté plus spécifiquement en référence à l'étape (B3). A ce stade, la base de la structure microfluidique 4, constituée du substrat de silicium 4, a été assemblée par collage sur la structure microélectronique 2, sans qu'il soit nécessaire de se soucier de la présence 20 des microstructures fluidiques qui pourraient gêner l'assemblage, puisque ces microstructures n'ont pas encore été créées. La figure 3 représente schématiquement l'étape principale de création (C) de la structure microfluidique 4 dans le substrat de silicium 4, une fois ce dernier mis en place sur la structure microélectronique 2. 25 La structure microfluidique, qui sera représentée dans cet exemple par un simple microcanal, est réalisée au cours d'une étape de gravure (C2), par exemple de type gravure profonde, dans le substrat de silicium 4. Pour cette gravure, on peut par exemple mettre en oeuvre un 3o procédé de type Bosch de gravure sous plasma SF6-C4F$ pendant 45 mn.

Préalablement à l'étape de gravure (C2), on met en oeuvre une étape de dépôt (Cl) d'un masque de gravure 6 destiné à permettre de ne graver le substrat de silicium 4 qu'à l'endroit prévu pour le microcanal. Ce dépôt du masque de gravure 6 peut être obtenu par une étape de dépôt (C12), de préférence par centrifugation, d'une couche de résine photosensible 6. Pour cette étape de dépôt (C12) par centrifugation, on peut utiliser une résine photosensible positive de type AZ9260, avec des paramètres qui peuvent être, à titre d'exemple : io - vitesse = 1500 tours / mn, - accélération = 3000 tours / mn / s, durée = 40 s, - épaisseur = 10 pm. Eventuellement, préalablement au dépôt du masque de gravure 6, 15 on met en oeuvre une étape de dépôt (C11) d'une fine couche d'un métal 5 tel que de l'aluminium, en vue de maintenir les bonnes caractéristiques dimensionnelles de la structure microfluidique 4. Ce dépôt de la couche métallique 5 peut être obtenu par pulvérisation sous plasma Ar, sur une épaisseur de l'ordre de 100 nm. 20 Après dépôt du masque de la couche de résine photosensible 6, celle-ci subit une étape d'insolation (C14) aux rayons ultraviolets, après une éventuelle étape de recuit (C13) par exemple pendant 3 mn à une température de 110 °C. Les paramètres de mise en oeuvre de cette étape d'insolation (C14) 25 peuvent être : longueur d'onde = 325 nm, durée = 20 s, densité surfacique de puissance = 11 mW/cmz. La couche de résine photosensible 6, après insolation, subit ensuite 30 une étape de développement (C15), en utilisant par exemple un développeur de type AZ351B pendant 4 minutes. Par ailleurs, la couche métallique 5 est retirée par gravure, au niveau de l'ouverture formée dans le masque de gravure 6 lors du développement.

La succession des étapes (C11) à (C15) constitue donc l'étape de dépôt (Cl) du masque de gravure 6 telle que représentée à la figure 3, qui précède l'étape de gravure (C2) présentée plus haut et également représentée à la figure 3. Ensuite, une étape de gravure (C3) de la couche polymère 3 est mise en couvre. Cette étape de gravure (C3), représentée à la figure 3, peut être par exemple du type gravure plasma sous CF4/02i pendant une durée de 7 mn. Ensuite, une étape de retrait (C4) du masque de gravure 6 et de la couche métallique 5, est mise en oeuvre, tel que représenté à la figure 3.

Ce retrait peut par exemple être obtenu par dilution dans une solution d'acétone, puis en utilisant un développeur de type AZ351B. A l'issue de l'étape de création (C) de la structure microfluidique 4, un motif microfluidique, dans l'exemple présent un microcanal, est créé dans le substrat de silicium 4, en regard du circuit microélectronique 2, et on obtient effectivement le microsystëme représenté plus spécifiquement en référence à l'étape (C4) de la figure 3. La figure 4 représente schématiquement des étapes ultérieures de création (D) d'un capot de recouvrement 7, de découpe (E) de ce capot de recouvrement 7, et de découpe (F) du substrat de verre 1, ou premier substrat 1, dans le contexte de la fabrication de plusieurs microsystémes 9, 10 sur un même substrat de verre 1. L'étape de création (D) d'un capot 7 de recouvrement comprend une étape de dépôt (D1) d'une couche de polymère sur un troisième substrat 7 en matériau électriquement isolant ou semi conducteur, tel qu'un substrat de verre 7.

Le dépôt de la couche de polymère sur ce troisième substrat 7 peut être obtenu par une étape de centrifugation (D12) d'un polymère tel que du BCB3022-46 déjà présenté plus haut, avec les paramètres suivants, à titre d'exemple : - vitesse = 2500 tours / mn, accélération = 1250 tours / mn / s, durée = 40 s, - épaisseur = 2 pm. On fait de préférence précéder cette étape de centrifugation (D12) 1 o du polymère par une étape de dépôt (D11), par exemple par centrifugation également, d'un matériau promoteur d'adhérence dudit polymère sur le substrat de verre 7. Ce matériau promoteur d'adhérence peut être de type AP3000, tel que déjà présenté plus haut. Les paramètres de ce dépôt par 15 centrifugation sont, à titre d'exemple : - vitesse = 2500 tours / mn, - accélération = 1250 tours / mn / s, - durée = 20 s. L'étape de dépôt par centrifugation (D12) de la couche de polymère 20 sur le troisième substrat 7 peut éventuellement être suivie d'une étape de recuit de cette couche de polymère. Ensuite, une étape de collage (D2) du troisième substrat 7 sur le substrat de silicium 4 est mise en oeuvre, par exemple par thermocompression pendant 1 heure, à 250°C et sous 2 bars. 25 Eventuellement, une étape de découpe (E) du capot 7 ainsi formé est mise en oeuvre, pour faire en sorte que ce capot 7 recouvre la structure microfluidique 4 et/ou la structure microélectronique 2, sans pour autant recouvrir la totalité du premier substrat 1. Comme illustré â la figure 4, le procédé de l'invention permet 30 avantageusement de réaliser plusieurs microsystèmes 9, 10 combinant une fonction microélectronique et une fonction microfluidique, sur le même substrat de verre 1. Une fois la pluralité de microsystémes 9, 10 réalisés, il convient de mettre en ceuvre une étape de découpe (F) du premier substrat 1 pour 5 séparer les microsystèmes 9, 10. Si un capot 7 a été au préalable installé, tel qu'expliqué plus haut en référence à l'étape (D), et si l'étape de découpe (E) des capots 7, décrite plus haut, n'est pas mise en oeuvre, il convient bien sûr également de découper le troisième substrat 7 ou capot 7 pour obtenir la séparation 0 des microsystèmes 9 et 10. Ainsi, avec le procédé selon l'invention, il a pu être réalisé des microsystémes combinant un circuit microélectronique tel qu'un guide d'onde et une structure microfluidique présentant un ou plusieurs microcanaux de largeur inférieure ou égale à 3 pm, et même, dans 15 certains cas, à 2 pm, sans rencontrer le problème du bouchage de ces microcanaux avec un matériau de collage tel que c'est le cas dans l'état de la technique. Par ailleurs, avec le procédé selon l'invention, il a pu être réalisé des microsystémes combinant un circuit microélectronique tel qu'un guide 20 d'onde et une structure microfluidique comprenant plusieurs microcanaux larges, notamment de largeur supérieure ou égaie à 2 pm, voire supérieure ou égale à 5 pm, par exemple de l'ordre de 50 dam, très peu espacés les uns des autres, par exemple espacés seulement de 5 pm, voire de 2 pm. 25 Une telle réalisation pose des problèmes avec les solutions de l'état de la technique dans la mesure où, dans une telle configuration, il ne reste pas beaucoup de matière sur le substrat, ce qui le fragilise énormément. Le collage devient alors impossible sans endommager le substrat. Au contraire, avec le procédé de l'invention, il est donc possible 30 d'augmenter fortement la densité de motifs microfluidiques par rapport aux solutions de l'état de la technique consistant à reporter une structure sur l'autre. Avec le procédé de l'invention, on atteint des grandes profondeurs de gravures, jusqu'au percement du substrat, tout en maintenant un haut niveau de densité de motifs microfluidiques, alors que les procédés de l'état de la technique obligent à choisir l'un ou l'autre : grande profondeur de gravure ou haute densité de motifs microfluidiques. Aussi, ces procédés de l'état de la technique posent un problème que l'on ne rencontre pas avec le procédé de l'invention : celui du bouchage des petits canaux avec la colle si la profondeur n'est pas suffisante. Dans l'état de la technique, on peut résoudre ce problème par l'utilisation de la technique de « l'anoding-bonding ». Mais cette technique nécessite une température élevée (de 450 à 800 °C) ce qui la rend non applicable en présence d'un circuit microélectronique.

En outre, le procédé de l'invention permet de mettre en oeuvre un seul procédé industriel de réalisation en parallèle de plusieurs microsystèmes sur le même substrat ou « wafer », par exemple jusqu'à 24 microsystèmes, avec plusieurs découpes, au lieu d'une mise en oeuvre de plusieurs fois, jusqu'à 24 fois, le procédé industriel de réalisation d'un microsystème après découpe. Egalement, le procédé de l'invention permet de complexifier la gravure de la structure microfluidique, sans risque d'endommager le substrat de verre. La présente description est donnée à titre illustratif, les exemples 25 présentés ci-dessus n'étant pas limitatifs de l'invention. En particulier, pour illustrer l'invention, la structure microfluidique a été représentée par un simple microcanal ou évidement. Il pourrait tout aussi bien s'agir d'un microréservoir, ou d'une combinaison de plusieurs motifs microfluidiques quelconques. 30 Par ailleurs, la description illustre l'invention sur la base d'un exemple dans lequel le premier substrat 1 est en verre, mais s'étend plus généralement â des dispositifs et procédés dans lesquels le premier substrat 1 est en matériau électriquement isolant ou semi-conducteur. Le verre ou le quartz sont des matériaux particulièrement adapté dans l'exemple présenté ci-dessus, dans lequel le circuit microélectronique créé sur le premier substrat comprend une ligne de propagation très haute fréquence. En effet, l'utilisation du verre ou du quartz permet dans ce cas de limiter les pertes et donc d'obtenir d'excellentes caractéristiques de propagation.

De même, l'invention a été illustrée avec un exemple de structure microélectronique ou circuit microélectronique comprenant une ligne de type Goubau pour former un guide d'onde destiné â l'analyse par spectroscopie de type terahertz. D'autres circuits microélectroniques peuvent bien sûr être envisagés, tels que des circuits microélectroniques 5 actifs, notamment si l'on utilise plutôt un substrat en matériau semi-conducteur tel que du silicium qu'un substrat de verre ou de quartz. On préférera utiliser du verre, dans certaines applications dans lesquelles la transparence est importante, tant pour le premier substrat 1 que pour le troisième substrat ou capot 7.

20 Plus généralement, ces remarques sur le choix d'un matériau isolant électriquement ou semi-conducteur, s'appliquent donc tant pour le premier substrat 1, que pour le deuxième substrat 4 et le troisième substrat 7. On ajoutera que l'utilisation de matériaux transparents est rendue 25 possible par le procédé de l'invention, de sorte que l'on peut obtenir la transparence nécessaire pour des analyses en microscopie visible, tout en disposant d'un microsystëme permettant de réaliser des analyses microfluidiques et microélectroniques. Ceci présente un intérêt important en biologie, admis aussi, plus généralement pour l'observation de 30 phénomènes chimiques.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un microsystème comprenant au moins une fonction microélectronique et au moins une fonction microfluidique, comprenant une étape de création (A), sur un premier substrat (1) en matériau électriquement isolant ou semi-conducteur, d'un circuit microélectronique (2) apte à mettre en oeuvre la dite fonction microélectronique, et une étape de création (C), dans un deuxième substrat (4) en matériau électriquement isolant ou semi-conducteur, d'une structure microfluidique (4) apte à mettre en oeuvre ladite fonction microfluidique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de report (B) du deuxième substrat (4) sur le circuit électronique (2) et le premier substrat (1), et en ce que l'étape de création (C) de la structure microfluidique (4) est mise en oeuvre après l'étape de report (B) du deuxième substrat (4) sur le circuit électronique (2) et le premier substrat (1).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de report (B) du deuxième substrat (4) comprend une étape de collage (B2), de préférence par thermocompression, du deuxième substrat (4) sur le premier substrat (1).
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de collage (B2) du deuxième substrat (4) sur le premier substrat (1) est suivie d'une étape (B3) d'amincissement, par exemple par gravure, du deuxième substrat (4).
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'étape de collage (B2) du deuxième substrat (4) sur le premier substrat (1) est précédée d'une étape de dépôt (B1) d'une couche de polymère (3) sur le premier substrat (1) et le circuit microélectronique (2).
5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de dépôt (B1) de la couche de polymère (3) comprend une étape de centrifugation (B12) du polymère sur le premier substrat (1) et le circuit microélectronique (2).
6. 6, Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de centrifugation (B12) du polymère est précédée d'une étape de dépôt (B11), par exemple par centrifugation, d'une couche d'un matériau promoteur d'adhérence du polymère sur le premier substrat (1).
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'étape de centrifugation (B12) du polymère est suivie d'une étape (B13) de recuit de la couche de polymère (3).
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'étape de création (C) de la structure microfluidique (4) dans le deuxième substrat (4) comprend une étape (C2) de gravure, de préférence de type gravure profonde, du deuxième substrat (4).
9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape (C2) de gravure du deuxième substrat (4) est précédée d'une étape de dépôt (Cl) d'un masque de gravure (6) sur le deuxième substrat (4)
10. 10.Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de dépôt (Cl) d'un masque de gravure (6) sur le deuxième substrat (4) comprend une étape de dépôt (C12) d'une couche de résine photosensible (6), de préférence par centrifugation.
11. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de dépôt (C12) de la couche de résine photosensible (6) est précédée d'une étape de dépôt (C11) d'une couche métallique (5), par exemple en aluminium, de préférence par pulvérisation.12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que l'étape de dépôt (C12) de la couche de résine photosensible (6) est suivie d'une étape d'insolation (C14) aux rayons ultra-violets, éventuellement après une étape de recuit (C13) de la couche de résine photosensible (6). 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape d'insolation (C14) aux rayons ultra-violets est suivie d'une étape de développement (C15) de la résine photosensible et éventuellement de gravure de la couche métallique (5). 0 14. Procédé selon la revendication 4 et l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que l'étape (C2) de gravure du deuxième substrat (4) est suivie d'une étape de gravure (C3), par exemple de type gravure plasma, de la couche de polymère (3) déposée sur le premier substrat (1) et le circuit microélectronique 15 (2). 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que l'étape (C2) de gravure du deuxième substrat (4), et éventuellement l'étape de gravure (C3) de la couche de polymère (3) déposée sur le premier substrat (1) et le circuit 20 microélectronique (2), sont suivies d'une étape de retrait (C4) du masque de gravure (6), et éventuellement de la couche métallique (5), par exemple par dilution dans une solution d'acétone suivie d'une gravure humide à l'aide par exemple d'une solution basique. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, 25 caractérisé en ce que l'étape de création (C) de la structure microfluidique (4) est suivie d'une étape de création (D) d'un capot (7) de recouvrement de la structure microfluidique (4). 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape de création (D) d'un capot de recouvrement de la structure 30 microfluidique (4) comprend une étape de dépôt (D1) d'une couchede polymère sur un troisième substrat (7). 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'étape de dépôt (D1) de la couche de polymère sur le troisième substrat (7) comprend une étape de centrifugation (D12) du polymère sur le troisième substrat (7), éventuellement précédée d'une étape de dépôt (D11), par exemple par centrifugation, d'une couche d'un matériau promoteur d'adhérence du polymère sur le troisième substrat (7), et éventuellement suivie d'une étape de recuit de cette couche de polymère. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 â 18, caractérisé en ce que l'étape de dépôt (D1) de la couche de polymère sur le troisième substrat (7) est suivie d'une étape de collage (D2), de préférence par thermocompression, du troisième substrat (7) sur le deuxième substrat (4). 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 è 19, caractérisé en ce que l'étape de création (D) du capot (7) de recouvrement de la structure microfluidique (4) est suivie d'une étape de découpe (E) dudit capot (7) en sorte qu'il recouvre la structure microfluidique (4) et/ou la structure microélectronique (2) sans recouvrir la totalité du premier substrat (1). 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 â 20, caractérisé en ce que l'étape de création (A) sur le premier substrat (1) du circuit microélectronique (2) comprend une étape de dépôt (Al) d'un masque (8) sur le premier substrat (1). 22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'étape de dépôt (Al) du masque (8) sur le premier substrat (1) comprend une étape de dépôt (A14), par exemple par centrifugation, d'une couche de résine photosensible (8) sur le premier substrat (1). 23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'étape de dépôt (A14) de la couche de résine photosensible (8) sur lepremier substrat (1) est suivie d'une étape d'insolation (A16) de la couche de résine photosensible (8) aux rayons ultra-violets, et d'une étape de développement (A18) de cette résine photosensible. 24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'étape d'insolation (A16) de la couche de résine photosensible (8) aux rayons ultra-violets est précédée d'une étape de recuit (A15), et éventuellement suivie d'une autre étape de recuit (A17). 25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 â 24, caractérisé en ce que l'étape de dépôt (A14) de la couche de résine lo photosensible (8) sur le premier substrat (1) est précédée d'une étape de dépôt (A13), par exemple par centrifugation, d'une couche d'un matériau promoteur d'adhérence de la résine photosensible (8) sur le premier substrat (1). 26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 â 25, 15 caractérisé en ce que l'étape de dépôt (A14) de la couche de résine photosensible (8) sur le premier substrat (1), et éventuellement l'étape de dépôt (A13) de la couche de matériau promoteur d'adhérence de la résine photosensible (8) sur le premier substrat (1), sont précédées d'une étape de recuit de déshydratation (Al2) 20 du premier substrat (1), cette dite étape de recuit de déshydratation (Al2) étant éventuellement précédée d'une étape de nettoyage (A11) du premier substrat (1), par exemple dans une solution comprenant de l'acétone et/ou de l'éthanol. 27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 26, 25 caractérisé en ce que l'étape de dépôt (Al) du masque (8) sur le premier substrat (1) est suivie d'une étape de dépôt (A2), par exemple par évaporation, d'une couche de métal (2) sur le masque (8) et le premier substrat (1). 28. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que l'étape 3o de dépôt (A2) de la couche de métal (2) sur le masque (8) et lepremier substrat (1) est suivie d'une étape de retrait (A3), par exemple par un retrait de type « lift off », du masque (8). 29. Procédé de fabrication d'au moins un premier et un deuxième microsystèmes (9, 10) comprenant chacun au moins une fonction microélectronique et au moins une fonction microfluidique, chaque microsystème (9, 10) étant fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, caractérisé en ce que le premier substrat (1) utilisé pour la fabrication du premier microsystème (9) est le même que le premier substrat (1) utilisé 1 o pour la fabrication du deuxième microsystème (10). 30. Procédé selon la revendication 29, chaque microsystème (9, 10) étant fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 20 et éventuellement selon l'une quelconque des revendications 21 à 28, caractérisé en ce que le troisième 15 substrat (7) utilisé pour la fabrication du premier microsystème (9) est le même que le troisième substrat (7) utilisé pour la fabrication du deuxième microsystème (10). 31. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 et 30, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de découpe (F) du 20 premier substrat (1), et éventuellement du troisième substrat (7), en sorte de séparer les premier et deuxième microsystèmes (9, 10). 32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 31, caractérisé en ce que la structure microfluidique (4) comprend au moins un microcanal (4) et/ou au moins un microréservoir. 25 33. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 32, caractérisé en ce que le circuit électronique (2) comprend au moins un guide d'onde (2). 34. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 33, caractérisé en ce que le premier substrat (1) est un substrat de 30 verre ou de quartz.35. Microsystème comprenant au moins une fonction microélectronique et au moins une fonction microfluidique obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 36. Microsystème selon la revendication 35, caractérisé en ce que la structure microfluidique comprend au moins un microcanal ou évidement (4) de largeur inférieure ou égale à 5 pm, de préférence inférieure ou égale à 2 }gym. 37. Microsystème selon l'une quelconque des revendications 35 et l0 36, caractérisé en ce que la structure microfluidique comprend au moins deux microcanaux ou évidements (4) de largeur supérieure ou égale à 2 dam, de préférence supérieure ou égale à 5 dam, espacés l'un de l'autre d'une distance inférieure ou égale à 5 pm, de préférence inférieure ou égale à 2 pm.